Keuntungan dan kerugian tungku nitridasi vakum dan tungku nitridasi biasa

1, Metode untuk mencapai nitridasi
1. Nitridasi gas
Nitriding gas melibatkan penempatan benda kerja di ruang tertutup, memasukkan gas amonia, dan memanaskannya 500-580 derajat selama beberapa jam hingga puluhan jam. Reaksi penguraian gas amonia di atas 400 derajat akan terjadi sebagai berikut: 2NH3 - → 3H2 ditambah 2 [N], menghasilkan sejumlah besar atom nitrogen aktif di dalam tungku. Atom nitrogen aktif [N] diserap oleh permukaan baja dan menyebar secara internal, membentuk lapisan nitrida.
Suhu nitridasi untuk meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus biasanya 500 hingga 520 derajat . Waktu tinggal tergantung pada ketebalan yang diperlukan dari lapisan nitridasi dan umumnya dihitung pada 0,01 mm/jam. Oleh karena itu, waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan ketebalan 0.25-0.65mm adalah sekitar 20-60h. Peningkatan suhu nitridasi dapat mempercepat proses nitridasi, tetapi akan menyebabkan nitrida menumpuk dan menjadi kasar, sehingga mengurangi kekerasan lapisan permukaan bagian tersebut.
Agar nitridasi meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus, baja paduan yang mengandung unsur-unsur seperti Mo, A, dan V, seperti 38CrMoAlA, 38CrMoAA, dll., perlu digunakan selama nitridasi. Setelah nitridasi, baja ini mengandung berbagai paduan nitrida pada lapisan nitridasi, seperti AlN, CrN, MoN, VN, dll. Nitrida ini memiliki kekerasan dan stabilitas yang tinggi, dan tersebar merata di dalam baja, membuat lapisan nitridasi baja memiliki kekerasan tinggi dan ketahanan aus. Cr juga dapat meningkatkan hardenability baja, sehingga sebagian besar dapat memperoleh sifat mekanik yang seragam selama quenching dan tempering sebelum nitridasi. Mo juga dapat memurnikan biji-bijian dan mengurangi jenis kedua dari temper embrittlement baja. Jika baja karbon biasa digunakan untuk membentuk nitrida besi murni pada lapisan nitridasi, ketika dipanaskan ke suhu yang lebih tinggi, mudah terurai, agregat, dan kasar, dan tidak dapat memperoleh kekerasan tinggi dan ketahanan aus yang tinggi.
Suhu nitridasi tahan korosi umumnya antara 600 dan 700 derajat , laju dekomposisi kira-kira berkisar antara 40 hingga 70 persen , waktu tinggal berkisar antara 15 menit hingga 4 jam, dan kedalaman umumnya tidak melebihi 0,05 m. Untuk baja nitridasi yang tahan korosi, grade baja apa pun dapat diterapkan dan hasil yang baik dapat diperoleh.
2. Nitridasi ion
Ion nitriding, juga dikenal sebagai glow ion nitriding, adalah proses perlakuan panas yang memiliki keunggulan siklus produksi pendek, kekerasan permukaan komponen yang tinggi, dan kemampuan untuk mengontrol kerapuhan lapisan nitridasi. Oleh karena itu, dalam beberapa tahun terakhir, perkembangan dalam negeri sangat pesat dan cakupan penggunaannya sangat luas.
Prinsip dasar nitridasi ion pijar:
Nitriding ion pijar adalah proses menempatkan bagian-bagian dalam ruang vakum untuk nitridasi ion. Bagian nitridasi dihubungkan ke katoda (elektroda negatif) dari catu daya DC tegangan tinggi, dan cangkang tungku dihubungkan ke anoda (elektroda positif) dari catu daya DC tegangan tinggi. Ketika amonia diisi ke dalam wadah vakum, tetapi tekanan dalam wadah tetap antara 200-1000PA. Ketika tegangan DC sebesar 800-1000V diterapkan antara katoda dan anoda, gas amonia akan terionisasi. Setelah ionisasi, produksi kation nitrogen bermuatan positif [N+] dan anion bermuatan negatif [N-] membentuk daerah plasma. Di zona plasma, ion positif nitrogen dengan cepat bergegas menuju katoda di bawah percepatan medan listrik bertegangan tinggi, membombardir permukaan bagian yang akan dinitridasi, mengubah energi kinetik menjadi energi panas. Juga, ketika ion nitrogen diubah menjadi atom nitrogen, mereka memancarkan energi panas dalam jumlah besar dan memancarkan cahaya ungu terang. Selain itu, ketika tegangan turun di dekat benda kerja, mereka juga menghasilkan panas, yang memanaskan bagian-bagian tersebut ke suhu nitridasi yang diperlukan.
Pada suhu ini, ion nitrogen bereaksi secara kimia dengan permukaan logam dari bagian tersebut, dan atom nitrogen menembus ke dalam permukaan bagian tersebut dan berdifusi ke bagian dalam, membentuk lapisan nitrida.
Karakteristik nitridasi ion cahaya:
(1) Kecepatan pemanasan permukaan cepat, yang dapat mempersingkat waktu pemanasan dan pendinginan menjadi 1/10 hingga 1/12. Selain itu, bagian lainnya berada dalam kondisi suhu rendah (sekitar 100 derajat) kecuali untuk pemanasan permukaan perawatan, yang tidak hanya menghemat daya pemanasan tetapi juga mengurangi deformasi bagian.
(2) Proses difusi cepat. Di bawah aksi medan listrik tegangan tinggi, karena kecepatan gerakan atom nitridasi berkali-kali lebih cepat daripada nitridasi gas, kecepatan infiltrasi lebih cepat, dan umumnya hanya membutuhkan waktu 3-10 jam.
(3) Lapisan nitrided memiliki ketangguhan yang baik, ketahanan lelah yang tinggi dan ketahanan aus yang tinggi, dan lapisan nitrided rapuh dan putih ε Fasa (Fe2N) dikontrol dalam kisaran 0 hingga 0. 2 mm, sehingga menghilangkan proses penggilingan bagian nitrided.
Kekerasan permukaan setinggi HV900 (HRC64), dan kedalaman lapisan nitridasi dapat dikontrol antara 0.09-0.87mm.
3. Nitridasi cair
Nitriding cair adalah proses perlakuan panas kimia yang relatif baru, dengan suhu tidak melebihi 570 derajat dan waktu pemrosesan yang singkat hanya 1-3 jam; Dan jangan gunakan baja khusus. Tes menunjukkan bahwa kemampuan antiwear 40Cr setelah perawatan nitridasi cair adalah 50 persen lebih tinggi daripada setelah pendinginan dan tempering umum; Ketahanan aus besi tuang setelah perawatan nitridasi cair semakin meningkat. Tidak hanya itu, praktik telah membuktikan bahwa bagian yang mengalami perlakuan nitridasi cair telah meningkatkan ketahanan lelah dan ketahanan korosi pada berbagai tingkat; Setelah perawatan nitridasi cair, masa pakai alat pemotong baja berkecepatan tinggi umumnya dapat ditingkatkan sebesar 20-200 persen ; Setelah perawatan nitridasi cair, masa pakai cetakan die casting 3Cr2W8V dapat ditingkatkan 3-5 kali. Lapisan permukaan nitridasi cair keras tetapi tidak rapuh, dan memiliki ketangguhan tertentu, yang tidak mudah terkelupas.
Namun, nitridasi cair juga memiliki kelemahan: misalnya, ketebalan lapisan senyawa besi nitrida pada lapisan permukaan nitridasinya relatif tipis, hanya 0.01-0.02mm. Garam sianida umumnya digunakan sebagai bahan baku nitridasi cair di luar negeri, sedangkan bahan baku tidak beracun telah digunakan untuk nitridasi cair di Cina. Rumus nitridasi cair tidak beracun di Cina adalah: urea 40 persen , natrium karbonat 30 persen , kalium klorida 20 persen , dan kalium hidroksida 10 persen (titik leleh garam campuran sekitar 340 derajat ). Meskipun nitridasi cair memiliki banyak keuntungan, karena toksisitas reaksi pelarutan garam, hal itu mempengaruhi kesehatan operator, dan limbah garam tidak mudah untuk diolah. Akibatnya, penggunaannya semakin dibatasi.
Analisis biaya berbagai metode nitridasi
1. Tungku nitridasi gas memiliki struktur yang rumit, harga yang sedikit lebih tinggi, dan sedikit sulit dioperasikan. Namun, kualitas nitridasinya bagus, dan dapat mencapai lapisan karburasi yang dalam dan kekerasan yang tinggi, tetapi membutuhkan waktu yang lama, dan jumlah gas amonia yang digunakan juga tinggi.
2. Persyaratan proses produksi dan pembuatan tungku nitridasi ion sangat tinggi, bahan yang digunakan juga sangat indah, dan kandungan teknologi kontrol listrik sangat tinggi