Harvinaisten maametallien nitrausprosessin sovelluksen tila ja kehityssuunta

1980-luvun puolivälistä lähtien tuotannossa joillakin hammaspyörillä, jotka on yleensä käsitelty seosteräksen hiili- ja sammutusprosessilla, on korkeammat lujuusvaatimukset sekä suuret nopeus-, suuriteho- ja luotettavuusvaatimukset. Teräksen muoto hiili- ja sammutuskäsittelyn jälkeen on kuitenkin suhteellisen suuri, ja seuraavat vaiheet, kuten hammaspyörästöhionta, on lisättävä. Ei ole helppoa saavuttaa vaihteiden hiontakäsittelyä ei-tahattomille vaihteille. Lisäksi ilmailuteollisuuden nopea kehitys viime vuosina on myös edistänyt suurten tarkkuusrenkaiden ja ohutseinäisten osien käyttöä. Tällä hetkellä näiden teräsosien pintakäsittelyssä käytetään enimmäkseen hiili- ja sammutusprosessia, jolla on myös vaikeuksia lopullisessa käsittelyssä ja muovauksessa sekä suuria muodonmuutoksia sammutuksen jälkeen. Verrattuna hiilihapotettuun työkappaleeseen, nitroinnin jälkeisellä työkappaleella on vähemmän muodonmuutoksia, mikä voi ratkaista edellä mainitut ongelmat paremmin.

Kaksi yleisintä pinnan karkaisuista lämpökäsittelyprosessia, nitraus ja hiilihapotus ovat omat etunsa. Nitrointikerroksen kulutuskestävyys on parempi kuin hiiltyneen kerroksen ja kovuus on suurempi, mutta prosessisykli on pidempi kuin hiiltyneen kerroksen. Nitrauskerros on matalampi kuin hiiltynyt kerros (0.3 ～ 0.5 mm), ja kantavuus ja iskukuormitus ovat suhteellisen heikkoja. . Kokeelliset tutkimukset ovat osoittaneet, että syvä nitridointi (> 0.55 mm) voi osittain korvata hiilihapotusprosessin ja parantaa myös tehokkaasti hiiltyneen kerroksen iskunkestävyyttä ja kantavuutta.

Koska harvinaisia ​​maametalleja on sovellettu kemialliseen lämpökäsittelyyn, tutkijat kotimaassa ja ulkomailla ovat tehneet monia tutkimuksia harvinaisten maametallien roolista nitrausprosessissa ja saavuttaneet merkittäviä tuloksia. Toisin sanoen harvinaisten maametallien lisääminen nitrausprosessiin voi tehokkaasti lisätä soluttautumiskerroksen tunkeutumisnopeutta ja kovuutta. , Tekemällä tunkeutumiskerroksen paksummaksi ja parantamalla rakennetta, jolloin sillä on kaksoisrooli katalyysillä ja mikrolejeeringillä. Harvinaisten maametallien nitraustekniikan kehitys riippuu sen omista ominaisuuksista, toisin sanoen ainutlaatuisen elektronisen kerrosrakenteen ansiosta sillä on voimakas kemiallinen aktiivisuus.

Harvinaisten maametallien lisäämisellä nitrausprosessiin on monia etuja: ensinnäkin se voi nopeuttaa nitrausta; toiseksi se voi tehokkaasti alentaa nitrauslämpötilaa; kolmanneksi se voi pidentää huomattavasti laitteiden ja työkappaleiden käyttöikää; neljänneksi, se voi parantaa osien taivutusväsymystä, kosketusväsymislujuutta ja kulutuskestävyyttä jne. Siksi kiinalaisessa vaihteiston nitrauksessa harvinaisten maametallien lisääminen kemialliseen lämpökäsittelyprosessiin on parantanut prosessia uudelle tasolle ja parantanut huomattavasti tuotteiden laatua, mikä saavuttaa varhaisen integroinnin kansainvälisiin standardeihin ja parantaa kansainvälistä kilpailukykyä.

1. Tavanomaisen nitrausprosessin käyttötila

Nitridointi on laajalti käytetty pintakemiallinen lämpökäsittelytekniikka. Nitrausprosessin tarkoituksena on saavuttaa korkeampi pinnan kovuus muuttamatta olennaisesti sen omia ominaisuuksia ja työkappaleen kokoa, ja samalla se voi parantaa kulutuskestävyyttä ja pidentää väsymiskestävyyttä. . Kuten muutkin kemialliset lämpökäsittelyprosessit, nitrausprosessi sisältää nitrausväliaineen hajoamisen, reaktion nitrausaineessa, diffuusion, vaiherajareaktion, infiltroidun typpielementin diffuusion raudassa ja nitridien muodostumisen. Fe-N-seosfaasikaavion mukaan nitrauslämpötila on yleensä alempi kuin 590 ° C (typen eutektoidinen lämpötila), ja nitrauskerros muodostaa ε-faasin ja α-faasin pinnalta sisäpuolelle. Koska typpiatomien diffuusionopeus epsilon -faasissa on hitain, nitrauskerroksen muodostumisen jälkeen epsilon -faasi toimii esteenä estää typpiatomien sisäänpäin suuntautuva diffuusio. Siksi normaaliolosuhteissa nitridointikerroksen kasvuvauhti hidastuu merkittävästi nitrauksen jälkeen jonkin aikaa.
Harvinaisten maametallien nitrausprosessi

2.1 Harvinaisten maametallien nitrausmekanismi

Harvinainen maametalli on yhteinen termi 17 elementille, mukaan lukien lantanidielementit sekä skandium (Sc) ja yttrium (Y). Nämä harvinaiset maametallit ovat suhteellisen aktiivisia ja sijaitsevat magnesiumin (Mg) ja alumiinin (Al) välissä. Ainutlaatuisten ominaisuuksiensa vuoksi sitä käytetään laajalti monilla aloilla. Näistä ominaisuuksista johtuen sitä voidaan käyttää myös lämpökäsittelyn kiihdyttimenä ja kemiallisessa lämpökäsittelyssä. Kemiallisessa lämpökäsittelyssä lantaani (La) ja cerium (Ce) ovat usein pääelementtejä, koska niillä on 4f elektroninen kerrosrakenne ja vahva kemiallinen elektronegatiivisuus, kuten cerium (Ce) -2.48, lantaani (La) -2.52, Siksi , sen kemialliset ominaisuudet ovat suhteellisen aktiivisia, minkä ansiosta se voi tuottaa paremman kemiallisen synergian erilaisten ei-metallien kanssa. Harbinin teknillisen instituutin tutkijat uskovat, että harvinaisten maametallien elementit, joilla on erityinen elektroninen rakenne ja kemiallinen aktiivisuus, voivat tunkeutua teräsosien pintaan. Syynä moniin etuihin on se, että kun harvinaisten maametallien elementti tunkeutuu teräksen pintaan, atomin säde on noin 40% suurempi kuin rauta -atomin, mikä aiheuttaa ympäröivän rauta -atomihihan vääristymisen. puolestaan ​​lisää vikatiheyttä, eli vääristymä tuottaa enemmän uusia. Kideviat edistävät typpiatomien adsorptiota ja diffuusiota, niin että interstitiaaliset atomit ovat rikastuneet särövyöhykkeellä. Sen jälkeen kun harvinaisten maametallien elementti tunkeutuu teräsosan pintaan, se muodostaa lyhyen ajan korkean typpipitoisuuden teräsosan pinnalle muodostaen siten suuren typpipotentiaalin ja pitoisuusgradientin, mikä saa typpiatomit hajautumaan sisäänpäin nopeasti, jolloin kemiallinen lämpökäsittelyprosessi on ilmeinen Nopeuta ja tarkista soluttautuneen kerroksen rakennetta ja paranna tunkeutuneen kerroksen suorituskykyä.

Kirjoittaja uskoo, että harvinaisten maametallien nitrausasteiden huomattava kasvu johtuu pääasiassa seuraavista syistä:

• Harvinaisten maametallien soluttautuminen aiheuttaa vikatiheyden lisääntymisen, diffuusiovirta J kasvaa ja typpiatomien siirtokerroin kasvaa suuresti.
• Harvinaisten maametallien tunkeutuminen aiheuttaa pinnan Fe -atomihihan vääristymistä, mikä lisää pintaenergiaa ja lisää siten N välivälien sieppaamisen adsorptioenergiaa.
• Suuren määrän N -atomien rikastuminen vääristysvyöhykkeellä lisää typpipitoisuuseroa, lisää kemiallista energiaa ja nopeuttaa diffuusionopeutta.

2.2 Harvinaisten maametallien nitrausominaisuudet

Harvinaisten maametallien katalyyttinen vaikutus nitrauksen aikana on paljon suurempi kuin hiilihapotuksen, joka on harvinaisten maametallien nitrauksen tärkeä ominaisuus. Syynä on se, että nitrauslämpötila on yleensä α-Fe-faasivyöhykkeellä ja harvinaisten maametallien tunkeutumisvastus tällä faasivyöhykkeellä on paljon pienempi kuin y-Fe-vaihevyöhykkeellä; lisäksi harvinaisten maametallien tunkeutumisen määrä on myös tärkein soluttautumiseen vaikuttava tekijä. . Yleisesti ottaen suurella soluttautumismäärällä on parempi tunkeutumisvaikutus, ja harvinaisten maametallien tunkeutumisen määrä nitrauksen aikana on enemmän kuin hiilihapotuksen aikana, joten tunkeutumisvaikutus nitridoinnin aikana on parempi.

Nitridin jakautuminen ja morfologia nitridointikerroksessa ovat avain nitrauskerroksen kovuuteen. Kun nitridi hajotetaan ja jakautuu, kovuus on suurempi, päinvastoin, kovuus on pienempi. Tavanomaisessa nitrausprosessissa hiutaleinen nitridi valmistetaan yleensä ja nitridi on koherentti tai puolikoherentti lähtöfaasin kanssa. Lämpötilan noustessa nitridit kerääntyvät edelleen ja suurenevat, liukenevat lähtöfaasista ja kovuus laskee jyrkästi.

Harvinaisten maametallien nitrausprosessissa harvinaisten maametallien tunkeutuminen tekee nitridistä hajaantuneen ja epätasaisen jakautumistilon, jolloin vapaa energia nousee jyrkästi ja siitä tulee ansa välikappaleiden N -atomeille. Samalla voi muodostua metastabiili Cottrell -ilmamassan, joka voi vähentää siellä olevaa energiaa. Nitridien muodostuminen vie harvinaisten maametallien elementtejä ytimenä ja niiden jakautuminen hajaantuu hienosti. Samalla se tuottaa myös hajanaisen, lähes pallomaisen sademäärän, jolloin vältetään suonimaisen rakenteen muodostuminen ja nitridin erottuminen rakerajaa pitkin. Lisäksi tietyllä lämpötila -alueella nitridin morfologia ei muutu eikä sen jakautuminen muutu. Perinteiseen nitraustekniikkaan verrattuna harvinaisten maametallien nitraustekniikka lisää nitridikerroksen kovuutta ja hauraus voidaan pitää 0 ~ tasolla 1.

2.3. Harvinaisten maametallien nitrausprosessin vaatimukset

Harvinaisten maametallien nitraus on ominaista nitridointikerroksen korkeammalle kovuudelle. Tämän ominaisuuden mukaan nitrauslämpötilaa voidaan nostaa 10 - 20 ° C, mikä edistää tehokkaammin nitrausnopeuden nousua. Useiden kokeiden tulosten mukaan voidaan havaita, että samalla lämpötilalla harvinaisten maametallien nitraus voi lisätä vain 15% - 20%: n tunkeutumisnopeutta, mutta sen jälkeen, kun lämpötila on nostettu 20 ° C: lla, tunkeutumisnopeus voidaan lisätä huomattavasti. Samanaikaisesti harvinaisten maametallien nitraustekniikan on tavanomaisen nitraustekniikan tapaan ohjattava nitrauksen ammoniakin hajoamisnopeutta kohtuullisella alueella, toisin sanoen alkuvaiheessa on käytettävä korkeampaa typpipotentiaalia (Np) ja vähennettävä sitä vähitellen. Yleensä hyväksytään kaksipäinen kontrolloitu ilmakehän nitrausprosessi, jolla on vaihteleva lämpötila ja vaihteleva nitrauspotentiaali, ja ammoniakin hajoamisnopeus pienenee alkuvaiheessa ja typpipotentiaalia lisätään tyydyttävän nopeuden vaatimusten täyttämiseksi, mikä lisää huomattavasti se.

2.4. Taloudelliset hyödyt ja energiansäästö harvinaisten maametallien nitrauksesta

Käyttämällä tavanomaista nitrausprosessia, yleistä seosterästä rakenneterästä, kun kerros vaatii 0.3 mm, pitoaika tarvitsee yleensä yli 30 tuntia. Kun tunkeutumiskerros vaatii 0.6 mm, lämmön säilytysaika tarvitsee yli 90 tuntia. Kun harvinaisten maametallien nitraus on lisätty katalyyttiin, kun tavallinen seosteräsrakenteinen teräs vaatii 0.3 mm: n tunkeutumiskerroksen, jos syklisen lämmöneristysnitrausprosessia voidaan käyttää samassa lämpötilassa, pitoaika on vain 14 tuntia. Perinteiseen nitraustekniikkaan verrattuna lämmön säilytysaika on 16 tuntia lyhyempi ja 53% ajasta säästyy. Siksi se voi säästää 40%sähköä, vähentää ammoniakin kulutusta noin 35%ja vähentää pakokaasupäästöjä noin 35%. Kun lävistyskerros vaatii 0.6 mm, lämmön säilytysaika voidaan lyhentää noin 40%.

Kiina on merkittävä koneiden valmistusmaa, ja tuhannet yritykset käyttävät kaasun nitrausta pääasiassa työstökoneiden valmistuksessa, tuulivoimansiirrossa, ilmailulaitteissa, muotinvalmistuksessa ja muilla teollisuudenaloilla. On arvioitu, että 3000 kuoppa-tyyppistä nitrausuunia (laskettu 75 kW: n teholla) käytetään 100 kertaa vuodessa ja jokainen 25 tunnin käynnistys kuluttaa 5.625 × 108 kW • h sähköä vuosittain. Harvinaisten maametallien läpäisevän aineen käyttö voi lisätä läpäisynopeutta 40%ja säästää sähköä 2.250 × 108kW • h, mikä vastaa 90,000 2 tonnia tavallista hiiltä ja vähentää hiilidioksidipäästöjä 80,000 XNUMX tonnilla. Siksi, jos koko teollisuus ottaa käyttöön harvinaisten maametallien tunkeutumistekniikan nitrausprosessissa, sillä on parempi "energiansäästö- ja päästövähennysvaikutus".

3. Harvinaisten maametallien nitraustekniikan kehittäminen

3.1. Harvinaisten maametallien nitrauksen merkitys

Viime vuosina maailman talouden yleisen nousun myötä Kiinan talouskehitys on valtavien haasteiden edessä. Tästä syystä se on ehdottanut innovatiivisen ja energiaa säästävän maan perustamista ja kestävän taloudellisen kehityksen tavoitteen saavuttamista sekä antanut asiaankuuluvia toimenpiteitä energiankulutuksen, energiansäästön ja päästöjen vähentämiseksi. Ja siihen liittyvät politiikat tehokkaan pidennyksen saavuttamiseksi. Harvinaisten maametallien nitrausprosessin alustavan testin mukaan voidaan tietää, että harvinaisten maametallien katalysoima tunkeutuminen voi lyhentää suuresti kaasun nitrausaikaa ja näyttää erilaisia ​​katalysoituja vaikutuksia eri teräsmateriaaleille, yleensä se voidaan lyhentää noin 30%: sta 60: een %, ja myös pinnan kovuus on alhainen. Perinteiseen nitridointiin verrattuna se voi lisätä 50-150HV. Alustavat laskelmat osoittavat, että tämän tekniikan käyttö vähentää merkittävästi virrankulutusta, jonka odotetaan vähentävän virrankulutusta 30–40%, vähentävän typpipitoisia jätekaasupäästöjä, lyhentävän työaikaa ja parantavan työn tehokkuutta. Samaan aikaan teräsosien laatu paranee huomattavasti, kulutuskestävyys paranee huomattavasti, pinnan kulutuskestävyys paranee huomattavasti, lujuus ja kovuus lisääntyvät tietyllä alueella ja tehokas käyttö ja pitkä käyttöikä saavutetaan . Harvinaisten maametallien nitraustekniikka edistää Kiinan nitrausprosessin kehitystä.

3.2 Harvinaisten maametallien nitrausnäkymät

Nitrausprosessilla on ominaisuuksia, jotka parantavat osien pinnan kovuutta, parantavat osien kulutuskestävyyttä ja parantavat korroosionkestävyyttä ja väsymiskestävyyttä. Sitä voidaan käyttää laajalti muotintuotannossa ja voimalaiteollisuudessa. Nitraus on korvaamaton prosessi mekaanisessa käsittelyssä, mutta on edelleen joitakin ongelmia, jotka on ratkaistava pikaisesti nitrausprosessissa. Esimerkiksi prosessiaika on liian pitkä. Ottaen esimerkkinä 0.5 mm: n kerroksen, se kestää jopa 50 tuntia. Jos lisäaika lisätään Laskenta mukaan lukien, sen prosessiaika on 3-4 päivää. Siksi tämä hukkaa paljon työtuntia, sähkönkulutusta ja ammoniakkia. Tästä syystä tulevassa nitrausprosessia koskevassa tutkimuksessa olisi keskityttävä seuraaviin seikkoihin: yksi on lyhentää nitrausaikaa; toinen on syventää tunkeutumiskerrosta; kolmas on energiankulutuksen vähentäminen; ja neljäs on siirtyminen vihreän talouden kehittämisen suuntaan.

Kun otetaan huomioon Kiinan runsaat harvinaisten maametallien resurssit ja harvinaisten maametallien nitrausprosessin monet edut, teknologisia innovaatioita ja myynninedistämistä olisi hyödynnettävä täysimääräisesti resurssien ja teknologian etujen hyödyntämiseksi teollisen kehityksen ja taloudellisen hyödyn muodostamiseksi.

Materiaalitieteen ja -teknologian tutkijoiden olisi otettava tutkimuksen painopisteeksi harvinaisten maametallien nitrausprosessin innovointi ja edistäminen sekä keskusteltava syvemmin sen sisäisistä laeista ja nitrausmekanismista. Suorita jatkuvasti korkean hyötysuhteen harvinaisten maametallikatalyyttien tutkimusta ja kehittämistä ja pyri toteuttamaan perinteisen nitrausprosessin täysi korvaaminen harvinaisten maametallien nitrausprosessilla, mikä maksimoi energiansäästön, päästöjen vähentämisen, kulutuksen vähentämisen ja tehokkuuden pidentää ja pidentää käyttöikää.

Säilytä tämän artikkelin lähde ja osoite uudelleenpainamista varten: Harvinaisten maametallien nitrausprosessin sovelluksen tila ja kehityssuunta

Minghe Die Casting Company ovat omistautuneet valmistukseen ja tarjoavat laadukkaita ja korkean suorituskyvyn valukomponentteja (metalliset painevalukappaleet sisältävät pääasiassa Ohutseinäinen valukappale,Kuuma kamari die casting,Kylmäkammion die casting), Pyöreä palvelu (painevalupalvelu,CNC-työstö,Muotin valmistus, Pintakäsittely) .Jokainen räätälöity alumiinipainevalu, magnesium- tai Zamak / sinkkipainevalu ja muut valutarvikkeet ovat tervetulleita ottamaan yhteyttä meihin.

Kaikki prosessit suoritetaan ISO9001: n ja TS 16949: n valvonnassa satojen kehittyneiden painevalukoneiden, 5-akselisten koneiden ja muiden laitteiden kautta, aina blastereista Ultra Sonic -pesukoneisiin. kokeneiden insinöörien, käyttäjien ja tarkastajien tiimi asiakkaan suunnittelun toteuttamiseksi.

Painevalujen sopimusvalmistaja. Toiminnot sisältävät kylmäkammion alumiinipainevalukappaleet, joiden paino on 0.15 paunaa. 6 lbs., nopea vaihto ja koneistus. Lisäarvopalveluihin kuuluvat kiillotus, tärinä, purseiden poisto, puhallus, maalaus, pinnoitus, päällystys, kokoonpano ja työkalut. Materiaalit, joiden kanssa on työskennelty, sisältävät seoksia, kuten 360, 380, 383 ja 413.

Sinkkipainevalusuunnitteluapu / samanaikaiset suunnittelupalvelut. Mukautettujen sinkkipainevalujen valmistaja. Pienikokoisia valuja, korkeapainevalukappaleita, moniliukuisia muottivaluja, tavanomaisia ​​muottivaluja, yksikkömuotteja ja itsenäisiä muottivaluja ja ontelosuljettuja valukappaleita voidaan valmistaa. Valukappaleita voidaan valmistaa pituudeltaan ja leveydeltään jopa 24 tuumaa +/- 0.0005 tuuman toleranssilla.  

ISO 9001: 2015 -sertifioitu painevaletun magnesiumin valmistaja, ominaisuuksia ovat korkeapaineinen magneettivalumuotoinen valu jopa 200 tonnin kuumakammioon ja 3000 tonnin kylmäkammioon, työkalujen suunnittelu, kiillotus, muovaus, työstö, jauhe- ja nestemaalaus, täydellinen laadunvalvonta CMM-ominaisuuksilla , kokoonpano, pakkaus ja toimitus.

ITAF16949-sertifioitu. Lisävalupalvelu sisältää investointien valu,hiekkavalu,Painovoima valu, Lost vaahto valu,Keskipakovalu,Tyhjö valu,Pysyvä muottien valuKykyihin kuuluvat EDI, tekninen apu, vankka mallinnus ja toissijainen käsittely.

Casting Industries Osatapaustutkimukset: Autot, polkupyörät, lentokoneet, soittimet, vesijetit, optiset laitteet, anturit, mallit, elektroniset laitteet, kotelot, kellot, koneet, moottorit, huonekalut, korut, jigit, tietoliikenne, valaistus, lääkinnälliset laitteet, valokuvauslaitteet, Robotit, veistokset, äänilaitteet, urheiluvälineet, työkalut, lelut ja paljon muuta. 

Mitä voimme auttaa sinua tekemään seuraavaksi?

∇ Siirry kotisivulle Die Casting Kiina

By Minghe-painevaluvalmistaja | Luokat: Hyödyllisiä artikkeleita |Materiaali Tunnisteet: Alumiinin valu, Sinkkivalu, Magnesiumvalu, Titaanivalu, Ruostumattoman teräksen valu, Messinkivalu,Pronssivalu,Suoratoista video,Yrityksen historia,Alumiinivalu | Kommentit pois päältä