Особенности обработки материалов в вакуумных печах азотирования, достоинства и характеристики полученных изделий
Вакуумные печи азотирования используются для термообработки металлических изделий. Этот процесс является сложным и уникальным, имея свои достоинства и ньюансы. Обработка в специализированном агрегате позволяет получить материал высокого качества за счёт воздействия на него специальной средой в условиях вакуума.
Содержание:
- Особенности покупки печей азотирования
- Функции вакуумных печей азотирования
- Производители печей азотирования
- Разновидности азотирования в вакуумной печи
- Свойства материалов после азотирования в вакуумной печи
Особенности покупки печей азотирования
Достоинства азотирования:
- Минимальное окисление без обезуглероживания состава;
- Отсутствие коробления;
- Возможность легко встроить оборудование в технологическую систему производства при любом количестве элементов;
- Ускоренное термическое и химико-термическое воздействие;
- Охлажденные стены;
- Простота изменения программы обработки;
- Возможность отжига и нормализации стали;
- Экономия энергии при автоматическом режиме работы;
- Полная автоматизация процесса;
- Ремонтопригодность и простое обслуживание.
Вакуумные печи изготавливаются из прочных, качественных материалов, что приводит к повышению их стоимости. В основном, на это влияет необходимость использования молибдена и вольфрама. В некоторых моделях они заменяются на углерод и кремний для уменьшения затрат на производство.
Особенности покупки печей азотирования
Структура вакуумной печи включает множество блоков и деталей, что существенно усложняет их конструкцию. К основным составляющим относятся: системы охлаждения, вакуумные насосы, ёмкости высокого давления для хранения сред, закалочных и газозаполняющих смесей и прочее. Дополнительным оснащением техники является рабочее вещество, в качестве которого используется азот. Его можно получить путем переработки естественной среды или другими способами:
- Купить жидкий азот и посредством испарения получить технологический азотный газ;
- Использовать готовый азот в газовых баллонах.
Оптимальный вариант для конкретного агрегата определяется реальным временем действия установки. При этом нужно помнить, что вакуумная термообработка требует применения азота практически абсолютной чистоты, что приведет к необходимости вспомогательного оборудования и увеличению капитальных затрат.
Часто все расходы технического и экономического характера компенсируются высоким качеством полученных материалов и меньшими затратами на электроэнергию. Но для каждого случая нужно проводить экономический анализ, чтобы убедиться в рациональности использования вакуумной печи.
Функции вакуумных печей азотирования
Печи азотирования могут эксплуатироваться для нитроцементации механических блоков валов, приводов и иных элементов. Азотирование в условиях вакуума представляет собой сложный химический процесс, а итоговый вариант зависит от давления, температуры, свойств азота и других факторов. Некоторые агрегаты оснащаются эффективным датчиком водорода, а также высокоточными контроллерами, функционирующими при установлении оптимального газового баланса для автоматического расчета и регулирования подачи газообразных веществ.
При вакуумном азотировании важно контролировать температуру. Стабильные значения равны примерно 1 градусу, а равномерность температурного поля - 5 градусам. Для измерения температуры при термической обработке может использоваться 1 или более термопар. Для управления агрегатом применяются надёжные контроллеры. Сбор и обработка информации в контроллерах обеспечивается с помощью системы из вакуумных трубок, термопар, датчиков давления и водорода.
Функции вакуумных печей азотирования
В процессе обработки в условиях вакуума молекулы азота проникают в состав материала, увеличивая его прочность. Это распространено при обработке низколегированных и низкоуглеродистых сталей для упрочнения их поверхности. Реже азотирование используется для титана, молибдена, алюминия или высоколегированных сталей.
Производители печей азотирования
Одним из производителей агрегатов является компания ERSTEVAK, выпускающая оборудование для азотирования и карбонитрации в линейке VN. Продукция используется для изготовления ковочных штампов, узлов огнестрельного оружия и приборов для литья под давлением, шестерен, пресс-форм, валов.
Печи VN являются ретортными агрегатами сопротивления, в которых осуществляется конвективный нагрев элементов в условиях защитной среды. Чаще всего в печах производят азотирование в разреженном объеме. Параметры оборудования допускают возможность проведения нитроцементации и отжига. Достоинства техники ERSTEVAK:
- Управление с помощью программного обеспечения;
- Возможный вес садки до 1,5 кг;
- Режим автоматического управления;
- Стабильность температуры за счёт использования специального контроллера высокой точности;
- Простая установка, обслуживание и регулирование;
- Эффективная защита и сигнализирование в случае поломки;
- Экономичное потребление энергии при высокой результативности;
- Огромный ассортимент техники.
Производители печей азотирования
Вакуумное оборудование состоит из прямоугольной или круглой области нагрева, выполненной из металла или графита, вакуумного оборудования, пневматической и температурного контроллера, газового бака-ресивера, источника непрерывного питания, диссоциатора аммиака, кара погрузки садки, устройства для охлаждения и блока сгорания остаточного водорода на выходе.
Разновидности азотирования в вакуумной печи
Насыщение азотом может быть ионным, значительно отличающемся от стандартного. Процесс азотирования заключается в полном нагревании объема и воздействии температурой на стальные элементы. Ионное азотирование - это образование активного азота посредством тлеющего разряда. Воздействие ионов и нагрев поверхности позволяют упрочнить материал, а плотность повышается с помощью инфильтрации азота. При осмосе, после достижения высокого вакуума, изделие нагревается до 550 градусов. Композитный газ регулируется по объему поступающих газов. Материалы, обработанные таким способом, имеют поверхностный слой с твердостью до 1,5 тысяч HV и толщиной до 80 мкм. Азотирование является вакуумной технологией, при которой происходит удаление нитроуглерода для восстановления и очищения металла. Процесс термической обработки состоит из нагревания, выдержки и остывания. При этом происходит удаление загрязненного следового газа и подача чистого, в котором находится активное вещество для контроля поверхностного слоя с целью повышения качественных характеристик материала.
Свойства материалов после азотирования в вакуумной печи
После воздействия азотом в вакууме соединительный участок имеет однофазную структуру без неустойчивых фаз. Это выражается в высокой твердости, хорошей ударной вязкости и распределении. Однофазный слой без хрупкой фазы имеет высокую износостойкость. При вакуумном азотировании можно добиться практически полного отсутствия соединительного участка, характеризующегося способностью растрескивания при последующей обработке. В материале образуется лишь диффузионный участок благодаря регулированию потока очищенного газа, в котором содержится активирующее вещество. Это происходит по причине того, что очищенный газ проникает в состав стали за небольшой промежуток времени. В результате состав характеризуется высокой термо- и трещиностойкостью.
Если в процессе обработки образуется лишь диффузионный участок, сталь становится менее устойчивой к сварке, а параметры потери расплава низкие. Поэтому при термообработке нужно учитывать условия применения и потребности к основным параметрам пресс-формы, и в зависимости от этого регулировать условия, создаваемые агрегатом. Вакуумное насыщение азотом также существенно улучшает основные параметры рабочих элементов, пружин, зубчатых валов и других деталей, требующих хорошей износо- и коррозионностойкости.
Кроме стандартного и ионного азотирования, существует метод насыщения азотом в жидкой среде. При этом рабочей средой служит расплав цианистых солей, который нагревается до 570 градусов. Выдержка изделия в таких условиях составляет 30-180 минут.