აზოტის გავლენა ლითონის თვისებებზე. აზოტის გავლენა ფოლადების თვისებებზე როგორ მოქმედებს აზოტი კარგი ხარისხის ფოლადიზე

4.1. ჟანგბადი ფოლადში

4.2. წყალბადი ფოლადში

4. 3. აზოტი ფოლადში

4.4. არალითონური ჩანართები

ნებისმიერი ფოლადი შეიცავს გაზებს გარკვეული რაოდენობით: ჟანგბადი, წყალბადი, აზოტი. გაზები ლითონებშია გაზის ბუშტების, ნაერთების (ოქსიდები, ჰიდრიდები, ნიტრიდები) და თხევადი ან მყარი ხსნარების სახით, ე.ი. ატომების ან იონების სახით, რომლებიც განაწილებულია თხევადი ლითონის ატომებსა და იონებს შორის ან ჩართულია ლითონის კრისტალურ ბადეში. გაზები (მაშინაც კი, როცა მათი შემცველობა პროცენტის მეასედში და მეათასედშია) მნიშვნელოვან გავლენას ახდენენ ლითონის თვისებებზე, ამიტომ განსაკუთრებული ყურადღება ეთმობა მეტალიდან აირების ამოღებას.

ფოლადში აირების ხსნადობა დიდად არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე (ნახ. 4.1).

ბრინჯი. 4.1. ჟანგბადის ხსნადობის ცვლილება (a), წყალბადის ფოლადში (6) და აზოტი (ში)

4.1. ჟანგბადი ფოლადში

ფოლადის წარმოების ერთეულების ატმოსფერო - ჟანგვითი. ამ შემთხვევაში ჟანგბადის გარკვეული რაოდენობა ყოველთვის გაზის ფაზიდან მეტალში გადადის. რკინის ოქსიდების შემცველი დამატებითი მასალები (მაგალითად, ჟანგი ლითონის ჯართის ზედაპირზე) ასევე შეიძლება იყოს ჟანგბადის წყარო.

ჟანგბადის ხსნადობა რკინაში წიდის ქვეშ იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. მაგრამ თუ ლითონი შეიცავს მინარევებს, რომელთა მიდრეკილება ჟანგბადთან შედარებით მეტია, ვიდრე რკინისა, მაშინ ამ მინარევების დაჟანგვა ხდება და ჟანგბადის კონცენტრაცია მეტალში მცირდება. თუ ეს მინარევები აბანოში შეჰყავთ სპეციალურად ჟანგბადის შემცველობის შესამცირებლად, მაშინ მათ დეოქსიდიზატორებს უწოდებენ. გამოიყენება ასეთი დეოქსიდაციური ელემენტები მანგანუმი, სილიციუმი, ალუმინი, კალციუმი, იშვიათი დედამიწის ელემენტები .

ნახშირბადი ასევე წარმოადგენს დეოქსიდიზატორს (ნახ. 4.2). მეტალში გახსნილი ჟანგბადი რეაგირებს ნახშირბადთან და რეაქციის შედეგად ლითონი დუღს.
თუ წნევას შეამცირებთ (მაგალითად, თხევადი ლითონით კასრის ვაკუუმურ კამერაში მოთავსებისას), მაშინ ამ რეაქციის წონასწორობა გადაინაცვლებს მარჯვნივ, ნახშირბადის შემცველი ლითონი ადუღდება და ჟანგბადის შემცველობა შემცირდება.

ბრინჯი. 4.2. ნახშირბადის გავლენა ფოლადში გახსნილი ჟანგბადის შემცველობაზე:

მე -წონასწორობის მრუდი [C] [O]; ІІ - კონცენტრაციების დიაპაზონი, რომელიც რეალურად შეინიშნება ლითონის დუღილის დროს

4.2. წყალბადი ფოლადში

თითქმის ნებისმიერი ფოლადის დნობის ატმოსფერო შეიცავს წყალბადს ან H 2 O ორთქლს გარკვეული რაოდენობის ტენიანობა მუხტთან და დამატებით მასალებთან ერთად. ერთეულის ატმოსფეროდან წყალბადი რეაქციით ლითონში გადადის

წყალბადის ხსნადობა მყარ ლითონში განსხვავებულია რკინის სხვადასხვა მოდიფიკაციისთვის (ნახ. 4.1, ბ).ხსნადობის მკვეთრი ცვლილება ლითონის ერთი ალოტროპული მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლისას იწვევს მისგან წყალბადის ინტენსიურ გამოყოფას, დარღვეულია ლითონის უწყვეტობა და წარმოიქმნება დეფექტები, როგორიცაა ფანტელები (სპეციალური ფორმის გაზის ბუშტები). მყარ ხსნარში დარჩენილი წყალბადი ამახინჯებს ლითონის კრისტალურ გისოსს, რის შედეგადაც იზრდება მისი მყიფეობა, მცირდება დრეკადობა და უარესდება ლითონის ხარისხი. მეტალში წყალბადის შემცველობის შესამცირებლად და ხარისხზე მისი მავნე ზემოქმედების შესუსტების მიზნით გამოიყენება შემდეგი მეთოდები:

ლითონის ვაკუუმური დამუშავება . როდესაც ლითონი ვაკუუმურ კამერაშია მოთავსებული, წყალბადის წნევა გაზის ფაზაში მცირდება და იწყება ლითონისგან მოცილება. ვაკუუმი არის ძალიან ეფექტური საშუალება ლითონის წყალბადის შემცველობის შესამცირებლად.

მდუღარე აბაზანის ორგანიზება. როდესაც ხდება ნახშირბადის დაჟანგვის რეაქციები, წარმოიქმნება ნახშირბადის მონოქსიდი. აბანოში გამავალი CO-ს ბუშტები ადუღების ეფექტს ქმნის. CO-სგან შემდგარ ბუშტში წყალბადის ნაწილობრივი წნევა ნულის ტოლია, ამიტომ CO ბუშტები წყალბადთან მიმართებაში (ისევე როგორც აზოტს) ჰგავს პატარა ვაკუუმ კამერებს და ეს აირები ტოვებენ ლითონს CO-ს ბუშტებში და ტოვებენ აბაზანას მასთან ერთად. . ამრიგად, ადუღებისას ლითონი იწმინდება მასში გახსნილი აირებისგან.

გაწმენდა ინერტული აირებით. ლითონის ინერტული გაზებით აფეთქებისას (როგორც წესი, ამ მიზნით გამოიყენება ყველაზე იაფი და ხელმისაწვდომი ინერტული აირი, არგონი), ბუშტებში წყალბადის ნაწილობრივი წნევა ნულის ტოლია, ამიტომ ისინი ასუფთავებენ ლითონს წყალბადისგან. აირების მოცილებასთან ერთად, არგონით აფეთქება უზრუნველყოფს ლითონის შერევას, მისი შემადგენლობის, ტემპერატურის გათანაბრებას და ა.შ.

კრისტალიზებული მეგალის ექსპოზიცია ამაღლებულ ტემპერატურაზე . წყალბადის ატომების ზომები ძალიან მცირეა, ისინი თავისუფლად იშლება კრისტალიზებული ფოლადის ბადეში, განსაკუთრებით ამაღლებულ ტემპერატურაზე. ღუმელში ან ჰაერში ნელა გაცივებული შედარებით მცირე განივი მონაკვეთების ნიმუშებიდან, მაღალ ტემპერატურაზე გახსნილი წყალბადი თითქმის მთლიანად ამოღებულია. ჩვეულებრივ, წყალბადის შემცველობა მეტალში გამოხატულია კუბურ სანტიმეტრებში 100 გ ნიმუშის მასაზე. როგორც წესი, წყალბადის შემცველობა თხევად ფოლადში, სამუშაო მეთოდის მიხედვით, მერყეობს 4-დან 10 სმ 3-მდე 100 გრ მეტალზე. რაც უფრო დიდია პროდუქტის მასა, მით უფრო რთულია გამაგრებული ლითონისგან წყალბადის მოცილების ორგანიზება. ამიტომ, ყველა მაღალი ხარისხის ლითონის ჯოხები (ან მათგან დამზადებული ბლანკები) დიდხანს ინახება შედარებით მაღალ ტემპერატურაზე, რისთვისაც საამქროებში არის სპეციალური სათავსები. ძალიან დიდი ჯოხებისთვის (30 ტონა) ეს მეთოდი აღარ იძლევა სასურველ ეფექტს და ასეთი ჯოხები ყრიან ვაკუუმში.

ჰიდრიდის წარმომქმნელი ელემენტების დანამატები. ზოგიერთ ლითონს (მაგალითად, იშვიათ მიწებს) შეუძლია წყალბადთან ურთიერთქმედება, ჰიდრიდების წარმოქმნა. როდესაც ეს ელემენტები შედის ლითონში, მცირდება ისეთი დეფექტების განვითარება, როგორიცაა ფანტელები.

ელექტრული ველის გამოყენება.თხევად ლითონში გახსნილი წყალბადი იქ გვხვდება კატიონის სახით წიდაში - სახით. როდესაც საკმარისად ძლიერი ელექტრული ველი გამოიყენება, ატომური წყალბადი გამოიყოფა კათოდში რომლის ატომები ასოცირდება მოლეკულებად .ორთქლი გამოიყოფა წიდისგან ანოდზე და წყალბადის მოცილების ამ მეთოდმა ვერ იპოვა გამოყენება ინდუსტრიულ პირობებში.

აზოტირება, რომლის დროსაც ფოლადის პროდუქტის ზედაპირული ფენა გაჯერებულია აზოტით, შედარებით ცოტა ხნის წინ დაიწყო სამრეწველო მასშტაბის გამოყენება. დამუშავების ეს მეთოდი, გამოსაყენებლად შემოთავაზებული აკადემიკოს ნ.პ. ჩიჟევსკი, საშუალებას გაძლევთ გააუმჯობესოთ ფოლადის შენადნობებისგან დამზადებული პროდუქტების მრავალი მახასიათებელი.

ტექნოლოგიის არსი

ფოლადის აზოტირებას, ამ ლითონის დამუშავების ისეთ პოპულარულ მეთოდთან შედარებით, როგორიცაა კარბურიზაცია, აქვს მრავალი მნიშვნელოვანი უპირატესობა. სწორედ ამიტომ დაიწყო ამ ტექნოლოგიის გამოყენება, როგორც ძირითადი გზა ფოლადის ხარისხის მახასიათებლების გასაუმჯობესებლად.

აზოტის დროს, ფოლადის პროდუქტი არ ექვემდებარება მნიშვნელოვან თერმულ ეფექტს, მაგრამ მისი ზედაპირის ფენის სიმტკიცე მნიშვნელოვნად იზრდება. მნიშვნელოვანია, რომ აზოტირებული ნაწილების ზომები არ შეიცვალოს. ეს საშუალებას აძლევს დამუშავების ამ მეთოდის გამოყენებას ფოლადის პროდუქტებისთვის, რომლებიც უკვე გამაგრებულია მაღალი ტემპერატურით და დაფქული საჭირო გეომეტრიულ პარამეტრებზე. მას შემდეგ, რაც აზოტირება, ან როგორც პროცესს ხშირად უწოდებენ, დასრულდება, ფოლადი შეიძლება დაუყოვნებლივ დაექვემდებაროს გაპრიალებას ან დასრულების სხვა მეთოდებს.

ფოლადის აზოტირება გულისხმობს ლითონის გათბობას გარემოში, რომელსაც ახასიათებს ამიაკის მაღალი შემცველობა. ამ დამუშავების შედეგად, აზოტით გაჯერებული ლითონის ზედაპირული ფენით ხდება შემდეგი ცვლილებები.

• იმის გამო, რომ ფოლადის ზედაპირის ფენის სიმტკიცე იზრდება, ნაწილის აცვიათ წინააღმდეგობა უმჯობესდება.
• პროდუქტის დაღლილობის სიძლიერე იზრდება.
• პროდუქტის ზედაპირი ხდება კოროზიისადმი მდგრადი. ეს სტაბილურობა შენარჩუნებულია, როდესაც ფოლადი შედის კონტაქტში წყალთან, ტენიან ჰაერთან და ჰაერ-ორთქლის გარემოსთან.

Nitriding საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ უფრო სტაბილური ფოლადის სიმტკიცე, ვიდრე carburization. ამგვარად, პროდუქტის ზედაპირული ფენა, რომელიც ექვემდებარება აზოტირებას, ინარჩუნებს სიმტკიცეს 550-600° ტემპერატურაზე გაცხელების დროსაც, ხოლო კარბურიზაციის შემდეგ, ზედაპირის ფენის სიხისტე შეიძლება დაიწყოს კლება, როდესაც პროდუქტი თბება 225 გრადუსზე ზემოთ. °. ფოლადის ზედაპირის ფენის სიმტკიცის მახასიათებლები აზოტიზაციის შემდეგ 1,5–2-ჯერ მეტია, ვიდრე გამკვრივების ან კარბურიზაციის შემდეგ.

როგორ მიმდინარეობს აზოტიზაციის პროცესი?

ლითონის ნაწილები მოთავსებულია ჰერმეტულად დალუქულ მაფლში, რომელიც შემდეგ დამონტაჟებულია ღუმელში აზოტირებისთვის. ღუმელში მაფლი ნაწილთან ერთად თბება ტემპერატურამდე, რომელიც ჩვეულებრივ 500-600°-ის ფარგლებშია და შემდეგ ინახება გარკვეული დროის განმავლობაში ამ ტემპერატურაზე.

მაფლის შიგნით სამუშაო გარემოს შესაქმნელად, რომელიც აუცილებელია ნიტრიდიზაციისთვის, მას ზეწოლის ქვეშ მიეწოდება ამიაკი. როდესაც თბება, ამიაკი იწყებს დაშლას მის შემადგენელ ელემენტებად, ეს პროცესი აღწერილია შემდეგი ქიმიური ფორმულით:

2NH 3 → 6H + 2N.

ამ რეაქციის დროს გამოთავისუფლებული ატომური აზოტი იწყებს დიფუზირებას მეტალში, საიდანაც მზადდება სამუშაო ნაწილი, რაც იწვევს მის ზედაპირზე მაღალი სიმტკიცით დამახასიათებელი ნიტრიდების წარმოქმნას. შედეგის გასამყარებლად და ნაწილის ზედაპირის დაჟანგვის თავიდან ასაცილებლად, მაფლი, პროდუქტთან და მასში დარჩენილ ამიაკთან ერთად, ნელ-ნელა გაცივდება აზოტის ღუმელთან ერთად.

ნიტრიდის ფენას, რომელიც წარმოიქმნება ლითონის ზედაპირზე აზოტიზაციის პროცესის დროს, შეიძლება ჰქონდეს სისქე 0,3–0,6 მმ დიაპაზონში. ეს სავსებით საკმარისია იმისათვის, რომ პროდუქტი უზრუნველყოს საჭირო სიმტკიცის მახასიათებლებით. ამ ტექნოლოგიით დამუშავებული ფოლადი არ საჭიროებს დამუშავების დამატებით მეთოდებს.

პროცესები, რომლებიც ხდება ფოლადის პროდუქტის ზედაპირულ ფენაში მისი აზოტირების დროს საკმაოდ რთულია, მაგრამ უკვე კარგად არის შესწავლილი მეტალურგიული ინდუსტრიის სპეციალისტების მიერ. ასეთი პროცესების შედეგად, დამუშავებული ლითონის სტრუქტურაში წარმოიქმნება შემდეგი ფაზები:

• Fe 3 N მყარი ხსნარი, რომელიც ხასიათდება აზოტის შემცველობით 8–11,2% ფარგლებში;
• Fe 4 N-ის მყარი ხსნარი, რომელიც შეიცავს 5,7–6,1% აზოტს;
• α-რკინაში წარმოქმნილი აზოტის ხსნარი.

ლითონის სტრუქტურაში დამატებითი α-ფაზა იქმნება, როდესაც აზოტის ტემპერატურა იწყება 591°-ზე მეტისმეტად. იმ მომენტში, როდესაც მოცემული ფაზის აზოტით გაჯერების ხარისხი აღწევს მაქსიმუმს, ლითონის სტრუქტურაში წარმოიქმნება ახალი ფაზა. ლითონის სტრუქტურაში ევტექტოიდური დაშლა ხდება მაშინ, როდესაც მისი აზოტით გაჯერების ხარისხი აღწევს 2,35% დონეს.

მაღალტექნოლოგიური შიდა წვის ძრავების სარქველები უნდა გაიარონ აზოტის პროცესი

ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ნიტრიდაციაზე

ძირითადი ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ნიტრიდზე, არის:

• ტემპერატურა, რომლის დროსაც ხორციელდება ასეთი ტექნოლოგიური ოპერაცია;
• მაფლზე მიწოდებული გაზის წნევა;
• ღუმელში ნაწილის ექსპოზიციის ხანგრძლივობა.

ამ პროცესის ეფექტურობაზე ასევე გავლენას ახდენს ამიაკის დისოციაციის ხარისხი, რომელიც, როგორც წესი, 15-45% ფარგლებშია. აზოტის ტემპერატურის მატებასთან ერთად მცირდება წარმოქმნილი ფენის სიმტკიცე, მაგრამ აზოტის მეტალის სტრუქტურაში დიფუზიის პროცესი აჩქარებს. ლითონის ზედაპირის ფენის სიხისტის დაქვეითება მისი აზოტირების დროს ხდება მის შემადგენლობაში შემავალი შენადნობი ელემენტების ნიტრიდების შედედების გამო.

აზოტიზაციის პროცესის დასაჩქარებლად და მისი ეფექტურობის გაზრდის მიზნით გამოიყენება ორეტაპიანი სქემა. ამ სქემის გამოყენებისას ნიტრირების პირველი ეტაპი ხორციელდება არაუმეტეს 525° ტემპერატურაზე. ეს შესაძლებელს ხდის ფოლადის პროდუქტის ზედაპირულ ფენას მაღალი სიხისტის მინიჭებას. პროცედურის მეორე ეტაპის ჩასატარებლად ნაწილს აცხელებენ 600–620° ტემპერატურამდე, ხოლო ნიტრიდირებული ფენის სიღრმე აღწევს საჭირო მნიშვნელობებს და თავად პროცესი თითქმის გაორმაგებულია. ამ ტექნოლოგიით დამუშავებული ფოლადის პროდუქტის ზედაპირის ფენის სიმტკიცე არ არის დაბალი, ვიდრე მსგავსი პარამეტრი ერთსაფეხურიანი მეთოდით დამუშავებული პროდუქტებისთვის.

აზოტირებული ფოლადების სახეები

ნახშირბადოვანი და ნახშირბადოვანი მასალები, რომლებსაც ახასიათებს ნახშირბადის შემცველობა 0,3–0,5% დიაპაზონში, შეიძლება დამუშავდეს ნიტრიდინგის ტექნოლოგიის გამოყენებით. ასეთი ტექნოლოგიური ოპერაციის გამოყენებისას მაქსიმალური ეფექტის მიღწევა შესაძლებელია, თუ მას ექვემდებარება ფოლადები, რომელთა ქიმიური შემადგენლობა მოიცავს შენადნობ ელემენტებს, რომლებიც ქმნიან მძიმე და თბოგამძლე ნიტრიდებს. ასეთი ელემენტები, კერძოდ, მოიცავს მოლიბდენს, ალუმინს, ქრომს და მსგავსი მახასიათებლების მქონე სხვა ლითონებს. მოლიბდენის შემცველი ფოლადები არ ექვემდებარება ისეთ ნეგატიურ ფენომენს, როგორიცაა ტემპერამენტის მტვრევადობა, რაც ხდება მაშინ, როდესაც ფოლადის პროდუქტი ნელა გაცივდება. აზოტირების შემდეგ, სხვადასხვა კლასის ფოლადი იძენს შემდეგ სიმტკიცეს:

ფოლადის ქიმიურ შემადგენლობაში ნაპოვნი შენადნობი ელემენტები ზრდის აზოტირებული ფენის სიმტკიცეს, მაგრამ ამავე დროს ამცირებს მის სისქეს. ნიტრიდირებული ფენის სისქეზე ყველაზე აქტიურად მოქმედებს ისეთი ქიმიური ელემენტები, როგორიცაა ვოლფრამი, მოლიბდენი, ქრომი და ნიკელი.

პროდუქტის გამოყენების სფეროდან გამომდინარე, რომელიც ექვემდებარება აზოტირების პროცედურას, ასევე მისი მუშაობის პირობებიდან გამომდინარე, რეკომენდებულია ფოლადის გარკვეული კლასის გამოყენება ასეთი ტექნოლოგიური ოპერაციის განსახორციელებლად. ამრიგად, გადასაჭრელი ტექნოლოგიური პრობლემის შესაბამისად, ექსპერტები გვირჩევენ აზოტირებისთვის შემდეგი ფოლადის კლასისგან დამზადებული პროდუქტების გამოყენებას.

ეს არის ფოლადი, რომელსაც აზოტირების შემდეგ აქვს გარე ზედაპირის მაღალი სიმტკიცე. ასეთი ფოლადის ქიმიურ შემადგენლობაში შემავალი ალუმინი ამცირებს პროდუქტის დეფორმაციის წინააღმდეგობას, მაგრამ ამავე დროს ხელს უწყობს მისი გარე ზედაპირის სიხისტისა და აცვიათ წინააღმდეგობის გაზრდას. ფოლადის ქიმიური შემადგენლობისგან ალუმინის გამორიცხვა შესაძლებელს ხდის მისგან უფრო რთული კონფიგურაციის პროდუქტების შექმნას.

ეს შენადნობის ფოლადები გამოიყენება მანქანების ხელსაწყოების ინდუსტრიაში გამოყენებული ნაწილების დასამზადებლად.

ეს ფოლადები გამოიყენება პროდუქტების წარმოებისთვის, რომლებიც ექვემდებარებიან ხშირ ციკლურ დატვირთვას მათი ექსპლუატაციის დროს.

პროდუქტები მზადდება ამ ფოლადის შენადნობიდან, რომლის გეომეტრიული პარამეტრების სიზუსტე ექვემდებარება მაღალ მოთხოვნებს. ამ ფოლადისგან დამზადებული ნაწილებისთვის (ეს ძირითადად საწვავის აღჭურვილობის ნაწილებია) უფრო მაღალი სიხისტის მისაცემად შეიძლება მის ქიმიურ შემადგენლობას დაემატოს სილიციუმი.

აზოტიზაციის ტექნოლოგიური სქემა

ტრადიციული გაზის აზოტიზაციის, პლაზმის ინოვაციური აზოტიზაციის ან იონის აზოტიზაციის შესასრულებლად, სამუშაო ნაწილი ექვემდებარება ტექნოლოგიურ ოპერაციებს.

ეს დამუშავება მოიცავს პროდუქტის გამკვრივებას და მის მაღალ წრთობას. გამკვრივება, როგორც ამ პროცედურის ნაწილი, ტარდება დაახლოებით 940° ტემპერატურაზე, ხოლო სამუშაო ნაწილი გაცივდება ზეთში ან წყალში. გამკვრივების შემდგომი წრთობა, რომელიც ხდება 600-700° ტემპერატურაზე, საშუალებას აძლევს დამუშავებულ ლითონს მიენიჭოს სიმტკიცე, რომლითაც ის ადვილად იჭრება.

ეს ოპერაცია სრულდება მისი დაფქვით, რაც საშუალებას იძლევა, ნაწილის გეომეტრიული პარამეტრები მიიყვანოს საჭირო მნიშვნელობებამდე.

ასეთი დაცვა ხორციელდება თუნუქის ან თხევადი შუშის თხელი ფენით (არაუმეტეს 0,015 მმ). ამისათვის გამოიყენება ელექტროლიზის ტექნოლოგია. ამ მასალების ფილმი, რომელიც წარმოიქმნება პროდუქტის ზედაპირზე, არ აძლევს აზოტს მის შიდა სტრუქტურაში შეღწევის საშუალებას.

მომზადებული პროდუქტი მუშავდება გაზის გარემოში.

ეს ეტაპი აუცილებელია იმისათვის, რომ პროდუქტის გეომეტრიული და მექანიკური მახასიათებლები საჭირო მნიშვნელობებამდე მივიდეს.

ნაწილის გეომეტრიული პარამეტრების ცვლილების ხარისხი აზოტირების შესრულებისას, როგორც ზემოთ აღინიშნა, ძალზე უმნიშვნელოა და ეს დამოკიდებულია ისეთ ფაქტორებზე, როგორიცაა აზოტით გაჯერებული ზედაპირის ფენის სისქე; პროცედურის ტემპერატურის რეჟიმი. უფრო მოწინავე ტექნოლოგიას - იონის ნიტრიდირებას - შეუძლია უზრუნველყოს დამუშავებული პროდუქტის დეფორმაციის თითქმის სრული არარსებობა. იონური პლაზმის ნიტრიდიზაციისას ფოლადის პროდუქტები ექვემდებარება ნაკლებ თერმულ ზემოქმედებას, რის გამოც მათი დეფორმაცია მინიმუმამდეა დაყვანილი.

ინოვაციური პლაზმური იონური ნიტრიდინგისგან განსხვავებით, ტრადიციული შეიძლება შესრულდეს 700°-მდე ტემპერატურაზე. ამ მიზნით შეიძლება გამოყენებულ იქნას შესაცვლელი მაყუჩი ან გათბობის ღუმელში ჩაშენებული მაყუჩი. შესაცვლელი მაფლის გამოყენებამ, რომელშიც დასამუშავებელი ნაწილები წინასწარ იტვირთება, ღუმელში დამონტაჟებამდე, შეიძლება მნიშვნელოვნად დააჩქაროს აზოტის პროცესი, მაგრამ ყოველთვის არ არის ეკონომიკურად მომგებიანი ვარიანტი (განსაკუთრებით იმ შემთხვევებში, როდესაც დიდი ზომის პროდუქტები ექვემდებარება გადამუშავებას).

სამუშაო გარემოს ტიპები

აზოტირების შესასრულებლად შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა ტიპის სამუშაო მედია. მათგან ყველაზე გავრცელებულია გაზის გარემო, რომელიც შედგება 50% ამიაკის და 50% პროპანისგან ან ამიაკისა და ენდოგაზისგან, რომლებიც მიღებულია იმავე პროპორციებით. ასეთ გარემოში აზოტიზაციის პროცესი ხორციელდება 570° ტემპერატურაზე. ამ შემთხვევაში, პროდუქტი ექვემდებარება გაზის გარემოს 3 საათის განმავლობაში. ასეთი სამუშაო საშუალების გამოყენებისას შექმნილ ნიტრიდულ ფენას აქვს მცირე სისქე, მაგრამ მაღალი სიმტკიცე და აცვიათ წინააღმდეგობა.

ბოლო დროს ფართოდ გავრცელდა იონ-პლაზმის აზოტიზაციის მეთოდი, რომელიც შესრულებულია აზოტის შემცველ იშვიათ გარემოში.

იონის პლაზმური ნიტრიდირება - ხედი შიგნიდან

იონური პლაზმის აზოტირების გამორჩეული თვისება, რომელსაც ასევე უწოდებენ მბზინავი გამონადენის დამუშავებას, არის ის, რომ სამუშაო ნაწილი და მაფლი დაკავშირებულია ელექტრო დენის წყაროსთან, პროდუქტი მოქმედებს როგორც უარყოფითად დამუხტული ელექტროდი, ხოლო მაყუჩი, როგორც დადებითად დამუხტული ელექტროდი. შედეგად, ნაწილსა და მაფლს შორის წარმოიქმნება იონების ნაკადი - ერთგვარი პლაზმა, რომელიც შედგება N 2 ან NH 3-ისგან, რის გამოც დამუშავებული ზედაპირი თბება და იგი გაჯერებულია აზოტის საჭირო რაოდენობით.

ტრადიციული და იონ-პლაზმური აზოტირების გარდა, ფოლადის ზედაპირის აზოტით გაჯერების პროცესი შეიძლება განხორციელდეს თხევად გარემოში. ასეთ შემთხვევებში, მდნარი ციანიდის მარილები გამოიყენება როგორც სამუშაო საშუალება, რომელსაც აქვს გათბობის ტემპერატურა დაახლოებით 570 °. თხევად სამუშაო გარემოში შესრულებული აზოტირების დრო შეიძლება იყოს 30-დან 180 წუთამდე.

დისპერსიული გამოყოფის პროცესები

მცირე რაოდენობით აზოტის გავლენა ფოლადის თვისებებზე განპირობებულია დისპერსიული გამკვრივების შესაძლებლობით. რკინისგან აზოტის გამოყოფა ძირითადად იგივე კანონებს მიჰყვება, როგორც ნახშირბადის გამოყოფა. განსხვავება დიფუზიის სხვადასხვა სიჩქარეებთან ერთად გამოწვეულია იმით, რომ α-რკინაში აზოტის მაქსიმალური ხსნადობა უფრო მეტია (0,10%), ვიდრე ნახშირბადი (0,018%), ხოლო აზოტის მაქსიმალური ხსნადობის ტემპერატურაა 585 725-ის წინააღმდეგ. ° C ნახშირბადისთვის.

დაბერება

გამკვრივების შემდეგ დაძველებისას („Abschreckalterung“) ნახშირბადისა და აზოტის მოქმედება სუფთა რკინა-ნახშირბადის და რკინა-აზოტის შენადნობებში იგივეა (სურ. 25). თუმცა, როდესაც სხვა შენადნობის ელემენტები ემატება, ეს პროცესი გარკვეულწილად იცვლება. მაგალითად, მანგანუმი არ ახდენს გავლენას ნახშირბადის დაბერებაზე, მაშინ როცა 0,5% Mn აზოტის დაბერება გამოირიცხება.

ამის შესაბამისად, შენადნობის შიდა ხახუნის მრუდის საფუძველი აზოტთან ფართოვდება, მრუდზე მაქსიმუმი გადადის მაღალი ტემპერატურისკენ და 100°C-ზე სამსაათიანი წრთობის შემდეგაც კი შეინიშნება მნიშვნელოვანი შემცირება.

მექანიკური დაბერების დროს ("Reckalterung") სუფთა რკინა-ნახშირბადი და რკინა-აზოტის შენადნობები აჩვენებენ განსხვავებებს. როდესაც ნიტრიდები გამოიყოფა, სიხისტე მაქსიმუმს აღწევს 50°C-ზე 2 საათის შემდეგ, ხოლო ნახშირბადის გავლენით 50°C-ზე სიმტკიცე არ იზრდება 2 საათის შემდეგ და მაქსიმუმს აღწევს მხოლოდ 200°C-ზე აზოტისა და ნახშირბადის სხვადასხვა ხსნადობის გავლენა ოთახის ტემპერატურაზე.

ეს ფაქტები, ფოლადში აზოტის დიფუზიის მაღალ სიჩქარესთან ერთად, იძლევა საფუძველს, რომ ფოლადების დაბერება ძირითადად აზოტის გავლენას მივაწეროთ.

ლურჯი სისუსტე განისაზღვრება ძირითადად აზოტის შემცველობით. 0,04% C-ის მქონე რკინაშიც კი 100-250 ° C-ზე დაჭიმვის სიძლიერის უმნიშვნელო მატებაა; 0,02% N რკინაში ეს ეფექტი ბევრად უფრო გამოხატულია. აზოტის გავლენა დარტყმის ძალაზე ასევე აშკარად ჩანს, თუმცა დეფორმაციის მაღალი სიჩქარის გამო სიბლანტის ვარდნა უფრო მაღალ ტემპერატურაზე ჩნდება. ცისფერი შეფერილობის ტემპერატურაზე დაჭიმვის სიძლიერის ზრდა იწყება უკვე აზოტის ძალიან დაბალი კონცენტრაციით (ხსნარში იგი აღწევს უმაღლეს მნიშვნელობას 0,01% N-ზე. აზოტის შემცველობის შემდგომი ზრდა აღარ იწვევს სიძლიერის ზრდას); . ნახშირბადის გაზრდილი შემცველობით (>0.2%), სიძლიერის ზრდა მაინც შეიძლება შეინიშნოს 0.01%-ზე მეტი აზოტის შემცველობით. თუმცა, შენადნობებში, რომლებიც არ შეიცავს აზოტს, ნახშირბადმა ასევე შეიძლება გამოიწვიოს სისუსტე მაღალ ტემპერატურაზე, მექანიკური დაბერების დროს მყიფეობის მსგავსი.

მექანიკური დაბერების და ცისფერი მტვრევადობის მიზეზების დამთხვევის გამო, შესაძლებელია უბრალოდ განისაზღვროს მექანიკური დაბერების ტენდენცია სიხისტის გაზომვით ოთახის ტემპერატურის დიაპაზონში 300 ° C-მდე.

სიხისტის მაქსიმალური ზრდა განსხვავებულია ფოლადის კლასებისთვის, რომლებსაც აქვთ დაბერებისადმი განსხვავებული მიდრეკილება. კავშირი სიხისტესა და აზოტის შემცველობას შორის ილუსტრირებულია ნახ. 26. ეს მაჩვენებელი ადასტურებს, რომ არასტაბილური ფოლადების მექანიკურ დაბერებასთან ეფექტური საბრძოლველად, აზოტის შემცველობა უნდა იყოს 0,005%-ზე ნაკლები Bk ჯგუფებისთვის

ახასიათებს დამატებით, თუმცა უკიდურესად უმნიშვნელო გავლენას

ბრინჯი. 26. სიმტკიცეში მაქსიმალური სხვაობა ფოლადების მაღალი ტემპერატურის გამოცდის დროს აზოტის შემცველობის მიხედვით

ნახშირბადი სიმკვრივისთვის, რადგან ნიმუშები შეიცავდა ნახშირბადს<0,01% - поэтому прирост их твердости несколько меньше. Особенно слабый прирост твердости показывают стали Mb и МА, в которых азот связан и взаимодействие его атомов с дислока­циями устранено. Если, однако, эти стали нагреть выше 1000°С, когда нитриды перейдут в раствор, и затем быстро охладить, то повышение твердости будет наблюдаться также при 200-250° С.

პირველი კლასის ფოლადების დნობისას სხვებზე ადრე გამოიყენებოდა ფოლადში აზოტის შეყვანის მეთოდი სპეციალური აზოტირებული ფეროშენადნობების გამოყენებით. მაგრამ მაინც, ყველაზე იაფი მეთოდია თხევადი ფოლადის შენადნობი აირისებრი აზოტით, რომელიც წარმატებით ხორციელდება ფოლადის ჩამოსხმის კუბების გამოყენებით ფოროვანი ფსკერით.

მეორე კლასის ფოლადების წარმოებისას გამოიყენება შემდეგი ოთხი მეთოდი; ლითონის დნობა ინდუქციურ ღუმელებში მისი ჩამოსხმით ავტოკლავებში წნევის ქვეშ, ფხვნილის მეტალურგია, ფოლადის დიფუზიური გაჯერება მყარ მდგომარეობაში და პლაზმური მეტალურგია.

2.3 ქიმიური ურთიერთქმედება

დღეისათვის ჯერ კიდევ შეუძლებელია რკინა - აზოტი - ნახშირბადის სამიანი მდგომარეობის დიაგრამის ზუსტად გამოსახვა. ნახშირბადის უმცირესი დანამატებითაც კი, ევტექტოიდი, რომელსაც ბრაუნიტი ეწოდება, განსაკუთრებით წვრილად იშლება და უფრო რთულია მიკროსკოპულად ამოცნობა, ვიდრე აზოტირებულ ელექტროლიტურ რკინაში. ამავდროულად, ნახშირბადის შეყვანისას, ევტექტოიდური წერტილი გადადის აზოტის დაბალი კონცენტრაციისკენ. ნახშირბადის თანდასწრებით, γ"- და ε-ნიტრიდები ჭრის დროს განსხვავებულად იღებება ფერს, რაც საშუალებას გვაძლევს დავასკვნათ, რომ შენადნობი შეიცავს კრისტალებს მათში ნახშირბადის სხვადასხვა ხსნადობით. ფოლადებში 0,7% C-ით მკვლევარებმა აღმოაჩინეს ღია ყვითელი უბნები. სორბიტოლის სტრუქტურა, რომელმაც მიიღო სახელი ფლავიტი (სურათი 10).

რკინა-ნახშირბადის შენადნობებში აზოტის არსებობისას ცემენტიტი განიცდის ცვლილებებს, რისი მიზეზიც არის ან ნახშირბადის ატომების აზოტის ატომებით ჩანაცვლება, ან აზოტის ატომების შეყვანა ცემენტიტის გისოსებში. ცემენტიტის ფერომაგნიტური კიური წერტილი მცირდება აზოტის შეყვანისას და აზოტის შემცველი ცემენტიტის დაშლა იწყება უფრო მაღალ ტემპერატურაზე, ვიდრე სუფთა ცემენტიტი. ამრიგად, აზოტი ზრდის კარბიდის სტაბილურობას და მეტასტაბილური მდგომარეობების სტაბილურობას რკინა-ნახშირბადის სისტემაში.

ევტექტოიდურ ნახშირბადოვან ფოლადებში 0,6% N-ის ზემოქმედების შესწავლამ შუა რეგიონში ავსტენიტის ტრანსფორმაციაზე აჩვენა, რომ აზოტის შეყვანის შედეგად ლატენტური პერიოდი მნიშვნელოვნად იზრდება (თითქმის 1000-ჯერ) და თავად ტრანსფორმაციის პროცესი შუალედური რეგიონი აზოტის შეყვანის გამო მნიშვნელოვნად ანელებს. თუ შეუძლებელია უფრო ზუსტი მითითებების მიცემა ნახშირბადთან და აზოტთან რკინის სამჯერ შენადნობებში შესაბამისი სტრუქტურული კომპონენტების შემადგენლობის შესახებ, მაშინ, როდესაც გადავდივართ შენადნობ, ზომიერ ფოლადებზე, მაგალითად, ქრომი-ნიკელზე, სირთულეები კიდევ უფრო იზრდება.

2.4 აზოტის გავლენა ფოლადის თვისებებზე

2.4.1 აზოტი, როგორც შენადნობის ელემენტი

აზოტის მოქმედება ფოლადზე ნახშირბადის ეფექტის მსგავსია: ის ანალოგიურად აფართოებს γ-რეგიონს და იწვევს ევტექტოიდურ ტრანსფორმაციას. თუმცა, იმის გამო, რომ შეუძლებელია აზოტის გაზრდილი რაოდენობით შეყვანა უშენოდ და დაბალ შენადნობ ფოლადებში დნობის პროცესში და მისი შენახვა მყარ ხსნარში გამაგრების შემდეგ, ასეთი უნახშირბადო, აზოტიანი შენადნობი ფოლადები არ არის ნაპოვნი. განაცხადი. ნახშირბადოვან ფოლადებში აზოტის შეყვანა იწვევს უფრო გამკვრივებას, გადახურებისადმი მგრძნობელობის შემცირებას და კარბიდების სტაბილურობის გაზრდას, მაგალითად თუჯში, რის შედეგადაც შესაძლებელი ხდება ფოლადის ან თუჯის გამოყენება აზოტის მაღალი შემცველობით ( ცალკეულ შემთხვევებში 0,02%-მდე. აზოტის, როგორც აუსტენიტის დამასტაბილურებელი ელემენტის განსაკუთრებული უპირატესობები ვლინდება მაღალი შენადნობით, განსაკუთრებით ნახევრად ფერიტულ და ფერიტულ ქრომის ფოლადებში.

ქრომის თანდასწრებით, აბაზანაში აზოტის შეწოვა მნიშვნელოვნად იზრდება (სურათი 11) და აღწევს დაახლოებით 0,2%-ს 18% Cr შემცველობით.