El diagrama de Lehrer utiliza la temperatura como eje vertical y el potencial de nitruración Kn (coordenada logarítmica) como eje horizontal, lo que indica las fases que se formarán en la superficie del hierro puro en condiciones de equilibrio: cuando Kn es bajo, solo hay unas pocas fases. α-Fe (ferrita que contiene nitrógeno), cuando aumenta a un cierto valor, γ′-Fe4N aparece, y cuando es más alto, ε-Fe2 3N aparece. En el proceso, se decide si formar una capa de compuesto y qué fase formar seleccionando en qué región de fase cae Kn. Los límites de fase del acero aleado real cambiarán y deberán corregirse según la experiencia.
- Temperatura en el eje vertical, Kn en el eje horizontal (coordenada logarítmica)
- Tres regiones de fase principales: α (difusión), γ′, ε
- Kn es menor que α/γ′ límite → No se forma ninguna capa de compuestos.
- Quieren γ′ capa → Kn cae en γ′ zona; zona ε capa → mayor Kn
- El diagrama se basa en el equilibrio de hierro puro, el acero de aleación debe corregirse
Coordenadas y zonas de fase
El diagrama de Lehrer fue establecido por E. Lehrer en la década de 1930 basado en el equilibrio hierro-amoníaco-hidrógeno puro:
- eje vertical: Temperatura (°C);
- eje horizontal: potencial de nitruración Kn (coordenada logarítmica), o la relación equivalente NH₃/H₂;
- zona de faseDe izquierda a derecha son α-Fe (el nitrógeno se disuelve sólidamente en ferrita), γ′-Fe4N, y ε-Fe2 3N. También hay γ (austenita que contiene nitrógeno) en la zona de alta temperatura.
A una temperatura dada, cuanto mayor sea el Kn, más a la derecha en la región de fase con mayor contenido de nitrógeno.
Cómo usar
Ejemplo 1: Solo capa de difusión, sin capa de abrillantamiento.
Elija Kn que sea menor que el α/γ′ límite a la temperatura del proceso, de modo que sólo se forma ferrita que contiene nitrógeno y precipitación de nitruro de aleación en la superficie, y no se forma capa de compuestos. Comúnmente se utiliza en piezas que son sensibles a la fragilidad.
Ejemplo 2: Una densa γ′ La capa es necesaria
Kn se selecciona en el γ′ región y el tiempo se controla para obtener una capa de compuestos dominada por γ′ y con buena dureza.
Ejemplo 3: Necesita un más grueso ε capa (resistente al desgaste, resistente a la corrosión)
Aumentando Kn en el ε La zona es común en nitrocarburantes o partes que requieren resistencia a la corrosión.
Nitruración en dos etapas
Para equilibrar la velocidad del proceso con la microestructura, se usa comúnmente un proceso de dos etapas:
- Utilice Kn más alto en la primera etapa para establecer rápidamente la concentración de nitrógeno en la superficie;
- La segunda etapa reduce el Kn, permitiendo que el nitrógeno se difunda hacia adentro, mientras que controla el espesor y la composición de fase de la capa de compuesto para reducir la capa porosa.
El diagrama de Lehrer ayuda a determinar en qué región debe caer cada segmento Kn.
Nota sobre el uso
- Diagrama basado en el equilibrio de hierro puro: Los elementos de aleación (Cr, Al, Mo, etc.) forman nitruros de aleación, que cambiarán la absorción de nitrógeno real y la posición límite de fase;
- dinámica: El diagrama de Lehrer refleja el estado de equilibrio, la formación real de la capa del compuesto, el período de incubación y la cinética de crecimiento;
- Estado de superficie: La película de pasivación y las manchas de aceite afectarán significativamente la etapa inicial de nitruración, requiriendo limpieza y tratamiento de preoxidación / activación;
- Precisión de medición: El cálculo de Kn se basa en la precisión de la sonda o analizador de hidrógeno.
Preguntas frecuentes
¿Por qué el mismo Kn tiene diferentes resultados en diferentes tipos de acero?
Los elementos de aleación forman nitruros con nitrógeno, consumiendo nitrógeno superficial y cambiando el comportamiento de difusión; la estructura inicial y el estado de la superficie del acero también tienen un impacto. El proceso debe verificarse por tipo de acero.
¿Se aplica el diagrama de Lehrer a la nitrocarburación?
El carbono está involucrado en la nitrocarburación, aparecerán compuestos de carbono-nitrógeno, y el límite de fase es diferente del diagrama de Lehrer de nitrógeno puro. Se puede usar como referencia, pero se requieren diagramas de fase o datos empíricos de sistemas que contienen carbono.
¿Puede el controlador mostrar su posición actual en el diagrama de Lehrer?
Muchos sistemas de control de nitruración modernos mostrarán Kn en tiempo real y puntos de temperatura con el diagrama de Lehrer como fondo para facilitar el juicio intuitivo por parte del operador.