Статус применения и тенденции развития процесса азотирования редкоземельных элементов

Время публикации: 07 / 01 2021 Автор: Редактор сайта Посещений: 12089

С середины 1980-х годов в производстве некоторые зубчатые колеса, обычно обрабатываемые процессом цементации и закалки из легированной стали, имеют более высокие требования к прочности, а также требования к высокой скорости, высокой мощности и высокой надежности. Однако форма стали после науглероживания и закалки относительно велика, и необходимо добавить последующие стадии, такие как шлифовка зубчатых колес. Зубошлифование неэвольвентных зубчатых колес непросто. Кроме того, быстрое развитие аэрокосмической промышленности в последние годы также способствовало применению крупных прецизионных колец и тонкостенных деталей. В настоящее время для обработки поверхности этих стальных деталей в основном используются процессы науглероживания и закалки, которые также связаны с трудностями при окончательной обработке и формовке и большой деформацией после закалки. По сравнению с науглероженной заготовкой, заготовка после азотирования имеет меньшую деформацию, что может лучше решить вышеуказанные проблемы.

Азотирование и науглероживание, как два наиболее распространенных процесса термообработки с упрочнением поверхности, имеют свои преимущества. Износостойкость азотированного слоя лучше, чем у науглероженного слоя, а твердость выше, но технологический цикл длиннее, чем у науглероженного слоя. Азотирующий слой мельче, чем науглероженный слой (0.3 0.5 мм), а его несущая способность и способность выдерживать ударные нагрузки относительно низки. . Экспериментальные исследования показали, что обработка глубоким азотированием (> 0.55 мм) может частично заменить процесс науглероживания, а также может эффективно улучшить ударопрочность и несущую способность науглероженного слоя.

Поскольку редкоземельные элементы применялись для химической термической обработки, ученые в стране и за рубежом провели множество исследований роли редкоземельных элементов в процессе азотирования и достигли замечательных результатов. То есть добавление редкоземельных элементов в процессе азотирования может эффективно увеличить скорость инфильтрации и твердость инфильтрационного слоя. , Увеличение толщины инфильтрационного слоя и улучшение структуры, таким образом выполняя двойную роль катализа и микролегирования. Развитие технологии азотирования редкоземельных элементов зависит от его собственных характеристик, то есть уникальная структура электронного слоя придает ему сильную химическую активность.

Добавление редкоземельных элементов в процесс азотирования имеет много преимуществ: во-первых, это может ускорить азотирование; во-вторых, он может эффективно снизить температуру азотирования; в-третьих, это может значительно увеличить срок службы оборудования и приспособлений для обработки деталей; в-четвертых, это может улучшить усталость деталей при изгибе, контактную усталостную прочность и износостойкость и т. д. Таким образом, при азотировании зубчатых колес в Китае введение редкоземельных элементов в процесс химической термообработки улучшило процесс на новый уровень и значительно улучшило качество продукции, благодаря чему достигается ранняя интеграция с международными стандартами и повышается международная конкурентоспособность.

1. Статус применения обычного процесса азотирования

Азотирование - широко применяемая технология химической термообработки поверхностей. Целью процесса азотирования является получение более высокой твердости поверхности без существенного изменения собственных свойств и размера заготовки, и в то же время он может улучшить износостойкость и увеличить усталостную долговечность. . Как и другие процессы химической термообработки, процесс азотирования включает разложение азотирующей среды, реакцию в азотирующем агенте, диффузию, реакцию межфазной границы, диффузию пропитанного азотного элемента в железе и образование нитридов. Согласно фазовой диаграмме сплава Fe-N, температура азотирования обычно ниже 590 ° C (эвтектоидная температура азота), а слой азотирования образует ε-фазу и α-фазу от поверхности внутрь. Поскольку скорость диффузии атомов азота в эпсилон-фазе самая низкая, после образования азотирующего слоя эпсилон-фаза будет действовать как барьер, препятствующий диффузии атомов азота внутрь. Следовательно, в нормальных условиях скорость роста азотирующего слоя значительно снизится после азотирования в течение некоторого периода времени.
Процесс азотирования редкоземельных элементов

2.1 Механизм азотирования редкоземельных элементов

Редкоземельные элементы - это собирательный термин для 17 элементов, включая элементы лантаноиды, а также скандий (Sc) и иттрий (Y). Эти редкоземельные элементы относительно активны и расположены между магнием (Mg) и алюминием (Al). Благодаря своим уникальным характеристикам он широко используется во многих областях. Также благодаря этим характеристикам его можно использовать в качестве ускорителя термообработки и при химической термообработке. При химической термообработке лантан (La) и церий (Ce) часто являются основными элементами, поскольку они имеют структуру электронного слоя 4f и сильную химическую электроотрицательность, такую как церий (Ce) -2.48, лантан (La) -2.52. , его химические свойства относительно активны, что, в свою очередь, позволяет ему лучше взаимодействовать с различными неметаллами. Ученые из Харбинского технологического института считают, что редкоземельные элементы с особой электронной структурой и химической активностью могут проникать на поверхность стальных деталей. Причина многих преимуществ заключается в том, что после того, как редкоземельный элемент проникает в поверхность стали, атомный радиус примерно на 40% больше, чем у атома железа, что вызовет искажение решетки окружающего атома железа, что в В свою очередь, увеличивается плотность дефектов, то есть искажения порождают больше новых. Дефекты кристалла способствуют адсорбции и диффузии атомов азота, так что межузельные атомы обогащаются в зоне искажения. После того, как редкоземельный элемент проникает в поверхность стальной детали, он за короткое время образует высокую концентрацию азота на поверхности стальной детали, тем самым формируя высокий потенциал азота и градиент концентрации, что заставляет атомы азота диффундировать внутрь. быстро, тем самым делая процесс химической термообработки очевидным. Ускорьте и улучшите структуру пропитанного слоя и улучшите характеристики пропитанного слоя.

Автор считает, что существенное увеличение скорости азотирования редкоземельных элементов в основном связано со следующими причинами:

Проникновение редкоземельных элементов приводит к увеличению плотности дефектов, увеличению диффузионного потока J и значительному увеличению коэффициента переноса атомов азота.
Проникновение редкоземельных элементов вызывает искажение поверхностной решетки атомов Fe, что увеличивает поверхностную энергию, тем самым увеличивая энергию адсорбции при захвате межузельных атомов азота.
Обогащение большого количества атомов N в зоне искажения увеличивает разницу концентраций азота, увеличивает химическую энергию и ускоряет скорость диффузии.

2.2 Характеристики азотирования редкоземельных элементов

Каталитический эффект редкоземельных элементов во время азотирования намного выше, чем у науглероживания, что является важной характеристикой азотирования редкоземельных элементов. Причина в том, что температура азотирования обычно находится в зоне фазы α-Fe, а сопротивление инфильтрации редкоземельных элементов в этой фазовой зоне намного меньше, чем в зоне фазы γ-Fe; кроме того, количество инфильтрации редкоземельных элементов также является основным фактором, влияющим на эффект инфильтрации. . Вообще говоря, большое количество инфильтрации дает лучший эффект инфильтрации, а количество инфильтрации редкоземельных элементов во время азотирования больше, чем во время науглероживания, поэтому эффект инфильтрации во время азотирования лучше.

Распределение и морфология нитрида в азотирующем слое являются ключом к твердости азотирующего слоя. Когда нитрид диспергирован и распределен, твердость выше, напротив, твердость ниже. В обычном процессе азотирования обычно образуется хлопьевидный нитрид, который является когерентным или полукогерентным с исходной фазой. При повышении температуры нитриды продолжают накапливаться и увеличиваться в размерах, десолюбилизируются из исходной фазы, и твердость резко падает.

В процессе азотирования редкоземельных элементов инфильтрация редкоземельных элементов делает нитрид диспергированным и неравномерным распределением, так что свободная энергия резко возрастает и становится ловушкой для межузельных атомов азота. В то же время может образоваться метастабильная воздушная масса Коттрелла, которая может уменьшить там энергию. При образовании нитридов в качестве ядра используются редкоземельные элементы, и их распределение становится мелкодисперсным. В то же время он также представляет собой диффузное квазисферическое выделение, тем самым предотвращая образование жилеподобной структуры, а также избегая сегрегации нитрида вдоль границы зерен. Кроме того, в определенном диапазоне температур морфология нитрида не изменится, и его распределение не изменится. По сравнению с традиционной технологией азотирования технология азотирования редкоземельных элементов повышает твердость нитридного слоя и позволяет поддерживать хрупкость на уровне 0 ~ 1.

2.3. Требования к процессу азотирования редкоземельных элементов

Азотирование редкоземельных элементов имеет свойство более высокой твердости азотирующего слоя. В соответствии с этой характеристикой температура азотирования может быть увеличена на 10-20 ° C, тем самым более эффективно способствуя увеличению скорости азотирования. По результатам большого количества экспериментов можно обнаружить, что при той же температуре азотирование редкоземельных элементов может увеличить скорость инфильтрации только на 15-20%, но после увеличения температуры на 20 ° C скорость инфильтрации можно значительно увеличить. В то же время, аналогично традиционной технологии азотирования, азотирование редкоземельных элементов должно контролировать скорость разложения аммиака при азотировании в разумных пределах, то есть на начальной стадии следует использовать более высокий потенциал азота (Np), а затем постепенно снижать его. Как правило, используется двухсторонний процесс азотирования в контролируемой атмосфере с переменной температурой и переменным потенциалом азотирования, и скорость разложения аммиака снижается на начальной стадии, а потенциал азота увеличивается для удовлетворения требований ускорения скорости азотирования, что значительно увеличивает Это.

2.4. Экономические преимущества и энергосбережение при азотировании редкоземельных элементов

При использовании обычного процесса азотирования, легированной конструкционной стали, когда слой требует 0.3 мм, время выдержки обычно составляет более 30 часов. Когда слой инфильтрации требует 0.6 мм, время сохранения тепла должно составлять более 90 часов. После добавления в катализатор азотирования редкоземельных элементов, когда для нормальной легированной конструкционной стали требуется слой пропитки толщиной 0.3 мм, если процесс азотирования изоляции с циклическим нагревом может быть использован при тех же температурных условиях, время выдержки составит всего 14 часов. По сравнению с традиционной технологией азотирования время сохранения тепла на 16 часов меньше, и экономится 53% времени. Таким образом, он может сэкономить 40% электроэнергии, снизить потребление аммиака примерно на 35% и сократить выбросы выхлопных газов примерно на 35%. Когда для пропитывающего слоя требуется 0.6 мм, время сохранения тепла может быть сокращено примерно на 40%.

Китай - крупная страна-производитель машинного оборудования, где тысячи компаний используют газовое азотирование, в основном в станкостроении, передаче энергии ветра, аэрокосмическом оборудовании, производстве пресс-форм и других отраслях. Предполагается, что 3000 шахтных печей для азотирования (рассчитанных на 75 кВт) будут эксплуатироваться 100 раз в год, и каждое включение в течение 25 часов будет потреблять 5.625 × 108 кВт • ч электроэнергии в год. Использование редкоземельного агента может увеличить скорость проникновения на 40% и сэкономить электроэнергию на 2.250 × 108 кВт • ч, что эквивалентно 90,000 2 тонн стандартного угля и сократить выбросы CO80,000 на XNUMX XNUMX тонн. Следовательно, если вся промышленность будет применять технологию инфильтрации редкоземельных элементов в процессе азотирования, это будет иметь лучший эффект «энергосбережения и сокращения выбросов».

3. Развитие технологии азотирования редкоземельных элементов.

3.1. Важность азотирования редкоземельных элементов

В последние годы, в связи с общим ростом мировых цен на энергоносители, экономическое развитие Китая сталкивается с огромными проблемами. По этой причине было предложено создать инновационную и энергосберегающую страну и достичь цели устойчивого экономического развития, а также приняты соответствующие меры по сокращению потребления энергии, энергосбережению и сокращению выбросов. И соответствующие политики для эффективного продления жизни. Согласно предварительным испытаниям процесса азотирования редкоземельных элементов, можно узнать, что инфильтрация, катализируемая редкоземельными элементами, может значительно сократить время газового азотирования и проявлять различные каталитические эффекты для различных стальных материалов, обычно ее можно сократить примерно на 30% до 60%. %, твердость поверхности также невысока. По сравнению с традиционным азотированием он может увеличить напряжение на 50 ～ 150HV. Предварительные расчеты показывают, что использование этой технологии значительно снизит энергопотребление, что, как ожидается, снизит энергопотребление на 30-40%, сократит выбросы отходящих газов азотирования, сократит рабочее время и повысит эффективность работы. В то же время значительно улучшается качество стальных деталей, значительно повышается износостойкость, значительно повышается износостойкость поверхности, прочность и твердость повышаются в определенном диапазоне, а также обеспечивается эффективное использование и длительный срок службы. . Технология азотирования редкоземельных элементов будет способствовать развитию процесса азотирования в Китае.

3.2 Перспективы азотирования редкоземельных элементов

Процесс азотирования имеет характеристики улучшения твердости поверхности деталей, улучшения износостойкости деталей и улучшения коррозионной стойкости и сопротивления усталости. Его можно широко использовать в производстве пресс-форм и в энергетическом машиностроении. Азотирование - незаменимый процесс в механической обработке, но есть еще некоторые проблемы, которые необходимо срочно решить в процессе азотирования. Например, время обработки слишком велико. Взяв, к примеру, слой 0.5 мм, это займет до 50 часов. Если добавлено вспомогательное время Включая расчет, время его обработки достигнет 3-4 дней. Следовательно, это приведет к потере много человеко-часов, расхода электроэнергии и аммиака. По этой причине в центре внимания будущих исследований процесса азотирования должны быть следующие аспекты: во-первых, сокращение времени азотирования; другой - углубить инфильтрационный слой; третий - снизить потребление энергии; и четвертый - переход в сторону развития зеленой экономики.

Принимая во внимание обильные ресурсы редкоземельных элементов в Китае и многочисленные преимущества процесса азотирования редкоземельных элементов, следует использовать технологические инновации и продвижение, чтобы в полной мере использовать преимущества ресурсов и технологий для формирования преимуществ промышленного развития и экономических выгод.

Исследователи в области материаловедения и технологий должны рассматривать инновации и продвижение процесса азотирования редкоземельных элементов в качестве исследовательского центра и проводить более глубокое обсуждение его внутренних законов и механизма азотирования. Постоянно проводить исследования и разработки высокоэффективных редкоземельных катализаторов и стремиться реализовать полную замену обычного процесса азотирования процессом азотирования редкоземельных элементов, тем самым максимизируя эффект энергосбережения, сокращения выбросов, снижения потребления и эффективности. увеличение и продление жизни.

Сохраните источник и адрес этой статьи для перепечатки.: Статус применения и тенденции развития процесса азотирования редкоземельных элементов

Минхэ Компания по литью под давлением специализируются на производстве и предоставлении качественных и высокопроизводительных литых деталей (ассортимент металлических деталей для литья под давлением в основном включает Тонкостенное литье под давлением,Литье под давлением,Литье под давлением в холодной камере), Round Service (Служба литья под давлением,Обработка с ЧПУ,Изготовление пресс-форм, Обработка поверхности) .Любое индивидуальное литье под давлением из алюминия, магния или замака / цинка, а также другие требования к отливкам, пожалуйста, свяжитесь с нами.

МАГАЗИН ЛИТЕЙНОЙ КОМПАНИИ ISO90012015 И ITAF 16949

Под контролем ISO9001 и TS 16949, все процессы выполняются на сотнях передовых машин для литья под давлением, 5-осевых станках и других объектах, от струйных до стиральных машин Ultra Sonic. Minghe не только имеет современное оборудование, но и имеет профессиональное оборудование. команда опытных инженеров, операторов и инспекторов для воплощения в жизнь проекта заказчика.

Контрактный производитель отливок под давлением. Возможности включают в себя детали для литья под давлением алюминия с холодной камерой весом от 0.15 фунта. до 6 фунтов, быстрая установка и обработка. Дополнительные услуги включают полировку, вибрацию, удаление заусенцев, дробеструйную очистку, окраску, гальванику, нанесение покрытий, сборку и оснастку. Обрабатываемые материалы включают такие сплавы, как 360, 380, 383 и 413.

ИДЕАЛЬНЫЕ ЦИНКОВЫЕ ДЕТАЛИ ДЛЯ ЛИТЬЯ В КИТАЕ

Помощь в проектировании литья цинка под давлением / сопутствующие инженерные услуги. Изготовление на заказ прецизионных отливок из цинка под давлением. Могут изготавливаться миниатюрные отливки, отливки под высоким давлением, отливки в формы с несколькими суппортами, отливки в обычные формы, единичные отливки под давлением и независимые отливки под давлением, а также отливки с герметизацией полости. Отливки могут изготавливаться длиной и шириной до 24 дюймов с допуском +/- 0.0005 дюйма.

Сертифицированный ISO 9001 2015 производитель литья под давлением из магния и изготовления форм

Производитель литья под давлением из магния, сертифицированный по стандарту ISO 9001: 2015. Возможности включают литье под давлением магния под высоким давлением с горячей камерой до 200 тонн и холодной камерой на 3000 тонн, проектирование инструментов, полировку, формование, механическую обработку, порошковую и жидкостную окраску, полный контроль качества с возможностями CMM , сборка, упаковка и доставка.

Minghe Casting Дополнительные услуги литья по выплавляемым моделям и т. Д.

Сертифицирован ITAF16949. Дополнительные услуги трансляции включают инвестиционное литье,литье в песчаные формы,Гравитационное литье, Литье по выплавляемым моделям,Центробежное литье,Вакуумное литье,Постоянное литье формыВозможности включают EDI, техническую поддержку, твердотельное моделирование и вторичную обработку.

Литейная промышленность Примеры использования запчастей для: автомобилей, велосипедов, самолетов, музыкальных инструментов, судов, оптических устройств, датчиков, моделей, электронных устройств, корпусов, часов, машинного оборудования, двигателей, мебели, ювелирных изделий, приспособлений, телекоммуникаций, освещения, медицинских устройств, фотографических устройств, Роботы, скульптуры, звуковое оборудование, спортивное оборудование, инструменты, игрушки и многое другое.