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Nitruración iónica.

A veces este proceso se llama ionitracion o nitruración en un plasma de descarga luminiscente. La esencia de este método radica en el hecho de que se crea una atmósfera que contiene nitrógeno enrarecido en un recipiente sellado. Para ello se puede utilizar nitrógeno puro, amoníaco o una mezcla de nitrógeno e hidrógeno. En el interior del contenedor se colocan piezas nitruradas, las cuales se conectan al polo negativo de una fuente de tensión constante. Desempeñan el papel de un cátodo. La pared del recipiente sirve como ánodo. Se enciende un alto voltaje (500-1000 V) entre el cátodo y el ánodo. En estas condiciones, se produce la ionización del gas. Los iones de nitrógeno con carga positiva resultantes se precipitan hacia el polo negativo: el cátodo. La resistencia eléctrica del medio gaseoso cerca del cátodo aumenta bruscamente, como resultado de lo cual casi todo el voltaje suministrado entre el ánodo y el cátodo cae sobre la resistencia cerca del cátodo, a una distancia de varios milímetros de este. Esto crea una fuerza de campo eléctrico muy alta cerca del cátodo.

Los iones de nitrógeno, al entrar en esta zona de alta tensión, se aceleran a altas velocidades y, chocando con la pieza (cátodo), se introducen en su superficie. En este caso, la alta energía cinética que tenían los iones de nitrógeno se convierte en energía térmica. Como resultado, la pieza en poco tiempo, aproximadamente de 15 a 30 minutos, se calienta a una temperatura de 470 a 580 °C, a la cual el nitrógeno se difunde en la profundidad del metal, es decir, se lleva a cabo el proceso de nitruración. Además, cuando los iones chocan con la superficie de la pieza, los iones de hierro se eliminan de su superficie. Debido a esto, la superficie se limpia de películas de óxido que evitan la nitruración. Esto es especialmente importante para la nitruración de aceros resistentes a la corrosión, en los que dicha película pasivante es muy difícil de eliminar por métodos convencionales.

La nitruración iónica tiene las siguientes ventajas sobre la nitruración en horno:

1) reducción de la duración total del proceso en 1,5-2 veces;

2) la posibilidad de controlar el proceso para obtener una capa nitrurada con las propiedades deseadas;

3) menor deformación de las piezas debido al calentamiento uniforme; 4) la posibilidad de nitrurar aceros y aleaciones resistentes a la corrosión sin tratamiento despasivante adicional.

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Posibilidades tecnológicas de la nitruración iónica en productos de refuerzo a partir de aceros estructurales y de herramientas

M. N. Bosyakov, S. V. Bondarenko, D. V. Zhuk, P. A. Matusevich

JV "Avicenna International", República de Bielorrusia, Minsk,

S t. Surganova, 2a, 220012, tel. +375 17 2355002

La nitruración por plasma iónico (IPA) es un método de tratamiento químico-térmico de productos de acero y hierro fundido con grandes capacidades tecnológicas, que permite obtener capas de difusión de la composición deseada utilizando diferentes medios gaseosos, es decir, el proceso de saturación por difusión es controlable y puede optimizarse según los requisitos específicos de profundidad de la capa y dureza de la superficie. El rango de temperatura de la nitruración de iones es más amplio que el de la nitruración de gas y está dentro de 400-600 0 С. sus propiedades operativas aumentan significativamente mientras mantienen la dureza del núcleo en el nivel de 55-60 HRC. Las piezas y herramientas de casi todas las industrias se someten a un tratamiento de endurecimiento por el método IPA (Fig. 1).

Arroz. una. Aplicación de nitruración por plasma iónico para el endurecimiento de varios productos

Como resultado de IPA, se pueden mejorar las siguientes características de los productos: resistencia al desgaste, resistencia a la fatiga, propiedades de presión extrema, resistencia al calor y resistencia a la corrosión. En comparación con los métodos ampliamente utilizados para el endurecimiento del tratamiento químico-térmico de las piezas de acero, como la cementación, la carbonitruración, la cianuración y la nitruración con gas en hornos, el método IPA tiene las siguientes ventajas principales:

mayor dureza superficial de las piezas nitruradas; sin deformación de las piezas después del procesamiento y alto acabado superficial; aumentar el límite de resistencia y aumentar la resistencia al desgaste de las piezas mecanizadas; menor temperatura de procesamiento, por lo que no se producen transformaciones estructurales en el acero; la posibilidad de procesar agujeros sordos y pasantes; preservación de la dureza de la capa nitrurada después del calentamiento a 600-650 С; la posibilidad de obtener capas de una determinada composición; la posibilidad de procesar productos de tamaños y formas ilimitados; falta de contaminación ambiental; mejorar la cultura productiva; reduciendo el costo de procesamiento varias veces.

Las ventajas del IPA también se manifiestan en una importante reducción de los principales costes de producción. Entonces, por ejemplo, en comparación con la nitruración de gas en hornos, IPA proporciona:

reducción del tiempo de procesamiento de 2 a 5 veces, tanto al reducir el tiempo de calentamiento y enfriamiento de la carga como al reducir el tiempo de retención isotérmica; reduciendo la fragilidad de la capa endurecida; reducción en el consumo de gases de trabajo de 20 a 100 veces; reducción del consumo de electricidad de 1,5 a 3 veces; exclusión de la operación de despasivación; reducción de la deformación para excluir el rectificado de acabado; simplicidad y confiabilidad de la protección de la pantalla contra la nitruración de superficies no endurecidas; mejora de las condiciones sanitarias e higiénicas de producción; la plena conformidad de la tecnología con todos los requisitos modernos para la protección del medio ambiente.

En comparación con el endurecimiento El procesamiento IPA permite:

excluir deformaciones; aumentar la vida útil de la superficie nitrurada de 2 a 5 veces.

El uso de IPA en lugar de cementación, nitrocarburación, nitruración gaseosa o líquida, endurecimiento volumétrico o de alta frecuencia permite salvar los principales equipos y áreas de producción, reducir los costos de maquinaria y transporte, y reducir el consumo de energía eléctrica y medios gaseosos activos. El principio de funcionamiento del IPA es que en un medio gaseoso que contiene nitrógeno descargado (p = 200-1000 Pa) entre el cátodo - partes - y el ánodo - las paredes de la cámara de vacío - se excita una descarga luminiscente anómala, formando un medio activo (iones, átomos, moléculas excitadas), que proporciona la formación de una capa nitrurada, que consta de una zona externa de nitruro y una zona de difusión ubicada debajo. Los factores tecnológicos que afectan la eficiencia de la nitruración iónica son la temperatura del proceso, la duración de la saturación, la presión, la composición y el consumo de la mezcla de gases de trabajo. Temperatura de proceso, el área de la carga involucrada en el intercambio de calor y la eficiencia del intercambio de calor con la pared (el número de pantallas) determinan la potencia requerida para mantener la descarga y proporcionar la temperatura deseada de los productos.La elección de la temperatura depende de el grado de aleación del acero formador de nitruro con elementos formadores de nitruro: cuanto mayor sea el grado de aleación, mayor será la temperatura. La temperatura de procesamiento debe ser al menos 10-20 0 С más baja que la temperatura de templado. Duración del proceso y temperatura las saturaciones determinan la profundidad de la capa, la distribución de la dureza sobre la profundidad y el espesor de la zona de nitruro. La composición del medio saturado. depende del grado de aleación del acero tratado y de los requisitos de dureza y profundidad de la capa nitrurada. Presión de proceso debe ser tal que asegure un "ajuste" apretado por la descarga de la superficie de los productos y obtenga una capa nitrurada uniforme. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la descarga en todas las etapas del proceso debe ser anómala, es decir, la superficie de todas las partes de la carga debe estar completamente cubierta de luminiscencia y la densidad de corriente de descarga debe ser mayor que la densidad normal. para una presión dada, teniendo en cuenta el efecto de calentamiento del gas en la región del cátodo de la descarga. Con la llegada de una nueva generación de plantas IPA, que utilizan mezclas de composición controlada de hidrógeno, nitrógeno y argón como medio de trabajo, así como plasma "pulsante" en lugar de corriente continua, la capacidad de fabricación del proceso de nitruración iónica ha aumentado significativamente. El uso de calefacción combinada (paredes "calientes" de la cámara) o protección térmica mejorada (triple escudo térmico), junto con la capacidad de ajustar de forma independiente la composición del gas y la presión en la cámara, hace posible evitar el sobrecalentamiento de los bordes cortantes delgados. durante el calentamiento de la carga durante el procesamiento de la herramienta de corte, para controlar con precisión el tiempo de saturación y, respectivamente, y la profundidad de la capa, porque los productos se pueden calentar en un ambiente libre de nitrógeno, por ejemplo, en una mezcla de Ar+H 2 . El aislamiento térmico eficiente en la cámara de trabajo (triple pantalla térmica) permite procesar productos con un bajo consumo de energía específico, lo que permite minimizar las diferencias de temperatura dentro de la carga durante el procesamiento. Esto se evidencia por la distribución de la microdureza sobre la profundidad de la capa nitrurada para muestras ubicadas en diferentes lugares de la carga (Fig. 2).

Arroz. 2. Distribución de la microdureza sobre la profundidad de la capa nitrurada para tres muestras ubicadas en diferentes lugares de la jaula.

a, c - engranaje que pesa 10,1 kg, 51 piezas, st - 40X, módulo 4,5, exposición 16 horas, T = 530 0 C;

b, d - equipo que pesa 45 kg, 11 piezas, st - 38KhN3MFA, módulo 3.25 (corona exterior)

y 7 mm (corona interna), exposición 16 horas, Т=555 0 С.

La nitruración iónica es un método efectivo de tratamiento de endurecimiento de piezas hechas de aceros estructurales aleados: engranajes, coronas, ejes de engranajes, ejes, engranajes rectos, cónicos y cilíndricos, acoplamientos, ejes de engranajes de configuración geométrica compleja, etc. ejes, etc.) de precisión baja y media, que no requieren rectificado posterior. Estos tipos de tratamiento térmico no son económicamente viables en la fabricación de piezas de alta precisión con cargas medias y bajas, porque con este tratamiento se observa un alabeo importante y se requiere un rectificado posterior. En consecuencia, al moler, es necesario eliminar un espesor significativo de la capa endurecida. IPA puede reducir significativamente el alabeo y la deformación de las piezas mientras mantiene la rugosidad de la superficie dentro de Ra = 0,63 ... 1,2 µm, lo que permite en la gran mayoría de los casos utilizar IPA como tratamiento de acabado. Tal como se aplica a la industria de las máquinas herramienta, la nitruración iónica de engranajes reduce significativamente las características de ruido de las máquinas herramienta, lo que aumenta su competitividad en el mercado. El IPA es más efectivo cuando se procesan piezas similares a gran escala: engranajes, ejes, ejes, ejes dentados, engranajes con dientes de eje, etc. Los engranajes nitrurados por plasma tienen una mejor estabilidad dimensional en comparación con los engranajes carburizados y se pueden usar sin procesamiento adicional. Al mismo tiempo, la capacidad de carga de la superficie lateral y la resistencia de la base del diente, logradas mediante nitruración por plasma, corresponden a engranajes cementados (Tabla 1).

tabla 1

Características de la resistencia a la fatiga de los aceros en función de los métodos de endurecimiento de los engranajes.

Tipo de acero	Tipo de procesamiento	Límite de resistencia a la flexión, MPa	Límite de resistencia al contacto con la superficie, MPa	Dureza del flanco del diente, HV
aleado	endurecimiento
Mejorado (40X, 40XH, 40XFA, 40XH2MA, 40XMFA, 38XM, 38XH3MFA, 38X2H2MFA, 30X2NM, etc.)	nitruración
normalizado	Endurecimiento por plasma o inducción
Nitrurado especial (38HMYUA, 38H2MYUA, 35HYUA, 38HVFYUA, 30H3MF, etc.)	nitruración
aleado	Carburación y Nitrocarburación

Durante el tratamiento de endurecimiento por nitruración iónica de piezas de aceros cementados, de baja y media aleación (18KhGT, 20KhNZA, 20KhGNM, 25KhGT, 40Kh, 40KhN, 40KhFA, etc.), es necesario mejorar las forjas al principio - endurecimiento volumétrico y revenido a una dureza de 241-285 HB (para algunos aceros - 269-302 HB), luego mecanizado y, finalmente, nitruración iónica. Para garantizar una deformación mínima de los productos antes de la nitruración con alivio de tensión, se recomienda realizar el recocido en una atmósfera de gas protector, y la temperatura de recocido debe ser más alta que la temperatura de nitruración. El recocido debe llevarse a cabo antes del mecanizado de precisión. La profundidad de la capa de nitruración formada en estos productos, fabricados con aceros 40Kh, 18KhGT, 25KhGT, 20Kh2N4A, etc., es de 0,3-0,5 mm con una dureza de 500-800 HV, dependiendo del grado de acero (Fig. 3). Para engranajes que funcionan en condiciones de cargas más pesadas, la capa de nitruración debe estar al nivel de 0,6-0,8 mm con una zona de nitruración delgada o sin ella.

Arroz. 3. Distribución de la microdureza sobre la profundidad de la capa nitrurada para diferentes aceros

La optimización de las propiedades de la capa endurecida viene determinada por la combinación de las características del material base (dureza del núcleo) y los parámetros de la capa nitrurada. La naturaleza de la carga determina la profundidad de la capa de difusión, el tipo y espesor de la capa de nitruro:

desgaste - g'- o e-capa; carga dinámica: espesor limitado de la capa de nitruro o ninguna capa de nitruro; corrosión - capa electrónica.

El control independiente del caudal de cada uno de los componentes de la mezcla gaseosa, la presión en la cámara de trabajo y la variación de la temperatura de proceso, permiten formar capas de diferente profundidad y dureza (Fig. 4), asegurando así una calidad de procesamiento estable con una dispersión mínima de propiedades de una parte a otra y de una carga a otra (Fig. 5).

Arroz. cuatro Distribución de la microdureza sobre la profundidad de la capa nitrurada del acero 40Kh

1, 3, 5 - proceso de una etapa;

2.4 - proceso de dos etapas por contenidonorte 2 en la mezcla de trabajo

1,2 – T=530 0 C, t=16 horas; 3-T=560 0 C, t=16 horas;

4 – T=555 0 C, t\u003d 15 horas, 5 - T \u003d 460 0 C, t = 16 horas

Arroz. 5. Propagación de la microdureza sobre la profundidad de la capa nitrurada

para acero 40Kh (a) y 38KhNZMFA (b) para procesos en serie.

La nitruración iónica es ampliamente conocida como uno de los métodos efectivos para aumentar la resistencia al desgaste de las herramientas de corte fabricadas con aceros de alta velocidad grados R6M5, R18, R6M5K5, R12F4K5, etc. La nitruración aumenta la resistencia al desgaste de la herramienta y su resistencia al calor. La superficie nitrurada de la herramienta, que tiene un coeficiente de fricción reducido y propiedades antifricción mejoradas, proporciona una eliminación de viruta más fácil y también evita que las virutas se adhieran a los filos de corte y la formación de agujeros de desgaste, lo que permite aumentar la avance y velocidad de corte. La estructura óptima del acero rápido nitrurado es la martensita con alto contenido de nitrógeno, que no contiene nitruros en exceso. Esta estructura se garantiza mediante la saturación de la superficie de la herramienta con nitrógeno a una temperatura de 480-520 0 C durante la nitruración a corto plazo (hasta 1 hora). En este caso, se forma una capa endurecida con una profundidad de 20–40 μm con una microdureza superficial de 1000–1200 HV0.5 con una dureza central de 800–900 HV (Fig. 6), y la vida útil de la herramienta después de la nitruración iónica aumenta de 2 a 8 veces, según el tipo y el tipo de material que se procesa.

Arroz. 6. La estructura de la capa nitrurada de acero R6M5 (a) y la distribución de la microdureza sobre la profundidad de la capa (b).

La principal ventaja de la nitruración iónica de la herramienta es la posibilidad de obtener solo una capa endurecida por difusión, o una capa con nitruro de Fe 4 N monofásico (fase ') en la superficie, en contraste con la nitruración gaseosa clásica en amoníaco, donde el La capa de nitruro consta de dos fases: '+ , que es una fuente de tensiones internas en el límite de fase y provoca fragilidad y descamación de la capa endurecida durante el funcionamiento. La nitruración iónica es también uno de los principales métodos para aumentar la durabilidad. herramientas de estampado y equipos de moldeo por inyección de aceros 5KhNM, 4Kh5MFS, 3Kh2V8, 4Kh5V2FS, 4Kh4VMFS, 38Kh2MYUA, Kh12, Kh12M, Kh12F1. Como resultado de la nitruración iónica, se pueden mejorar las siguientes características de los productos:

Troqueles de forja para estampado en caliente y moldes para fundición de metales y aleaciones: aumenta la resistencia al desgaste y reduce la adherencia del metal. Moldes de fundición a presión de aluminio: la capa de nitruración evita que el metal se pegue en el área del chorro de líquido y el proceso de llenado del molde es menos turbulento, lo que aumenta la vida útil de los moldes y la fundición es de mayor calidad.

Mejora significativamente la nitruración iónica y el rendimiento de la herramienta en frío (T< 250 0 С) обработки – вытяжка, гибка, штамповка, прессование, резка, чеканка и прошивка. Основные требования, обеспечивающие высокую работоспособность такого инструмента – высокая прочность при сжатии, износостойкость и сопротивление холодной ударной нагрузке – достигаются в результате упрочняющей обработки методом ионного азотирования. Если для инструмента используется высокохромистая сталь (12% хрома), то азотированный слой должен быть только диффузионным, если низколегированные стали – то дополнительно к диффузионному слою должен быть γ-слой – твердый и пластичный. Особенностью ионного азотирования высокохромистых сталей является то, что выбирая температуру процесса можно в широких пределах сохранять твердость сердцевины изделия, задаваемую предварительной термической обработкой (табл. 2). Для получения износостойкого поверхностного слоя при сохранении вязкой сердцевины штампа необходимо проводить вначале закалку с отпуском на вторичную твердость, размерную обработку и затем ионное азотирование. Для исключения или сведения к минимуму деформаций, возникающих при ионном азотировании штампового инструмента, перед окончательной механической обработкой рекомендуется проводить отжиг в среде инертного газа при температуре как минимум на 20 С ниже температуры отпуска. При необходимости применяют полировку азотированных рабочих поверхностей.

Tabla 2.

Características de los aceros aleados después de la nitruración por plasma iónico.

grado de acero	dureza del corazónmiculpa	Temperatura de proceso 0 DE	Características de la capa			Tipo de capa de conexión recomendada
			Profundidad, mm	tv-st, alto voltaje 1	Espesor de la capa compuesta,
Aceros para trabajo en caliente
Aceros para trabajo en frio

Endurecimiento por plasma de iones Los métodos de plasma de iones al vacío para endurecer las superficies de las piezas incluyen los siguientes procesos: generación (formación) de un flujo corpuscular de materia; su activación, aceleración y enfoque; ; condensación y penetración en la superficie de las piezas (sustratos). Generación: el flujo corpuscular de la materia es posible por su evaporación (sublimación) y pulverización. Evaporación: el paso de la fase condensada a vapor se realiza como consecuencia del aporte de energía térmica a la sustancia evaporada. Los sólidos generalmente se derriten cuando se calientan y luego pasan a un estado gaseoso. Algunas sustancias pasan al estado gaseoso sin pasar por la fase líquida. Este proceso se llama sublimación. .

Utilizando los métodos de la tecnología de plasma iónico al vacío, es posible realizar: 1) modificación de las capas superficiales: saturación por difusión iónica; (nitruración iónica, cementación, boruración, etc.); grabado (limpieza) de iones (plasma); implantación de iones (implementación); recocido por descarga luminiscente; CTO en el entorno de descarga no autosostenida; 2) revestimiento: polimerización por descarga luminiscente; deposición de iones (sistema de pulverización catódica de triodo, sistema de pulverización catódica de diodo, mediante descarga en un cátodo hueco); evaporación por arco eléctrico; método de grupos de iones; pulverización catódica (cc, alta frecuencia); depósito químico en plasma de descarga luminiscente.

Ventajas de los métodos de endurecimiento por plasma iónico al vacío Alta adherencia del recubrimiento al sustrato; uniformidad de recubrimiento en espesor sobre un área grande; variación de la composición del recubrimiento en un amplio rango, dentro de un ciclo tecnológico; obtener una alta pureza de la superficie de recubrimiento; limpieza ambiental del ciclo productivo.

Pulverización de iones Las pulverizaciones de iones se dividen en dos grupos: pulverizaciones plasmónicas, en las que el objetivo se encuentra en un plasma de descarga de gas creado por un resplandor, un arco y una descarga de alta frecuencia. La pulverización ocurre como resultado del bombardeo del objetivo con iones extraídos del plasma; fuentes autónomas sin focalización y con focalización de haces de iones bombardeando el objetivo.

Sistema de pulverización principal 1 - cámara; 2 - soporte de sustrato; 3 - detalles (sustratos); 4 - objetivo; 5 - cátodo; 6 - pantalla; 7 - suministro de gas de trabajo; 8 - fuente de alimentación; 9 - bombeo.

CTO en un entorno de descarga luminiscente Las plantas de difusión de descarga luminiscente se utilizan para la nitruración, carburación, siliconización y otros tipos de CTO de la fase gaseosa. La profundidad de la capa de difusión alcanza varios milímetros con una saturación uniforme de toda la superficie del producto. El proceso se realiza a una presión reducida de 10 -1 - 10 -3 Pa, lo que asegura la existencia de una descarga luminiscente. Ventajas de usar una descarga luminiscente: alta eficiencia energética (consumo solo para ionización de gas y calentamiento de la pieza); reduciendo la duración del proceso, debido al calentamiento rápido a la temperatura de saturación; aumento de la actividad del medio gaseoso y de la capa superficial; la posibilidad de obtener recubrimientos a partir de metales refractarios, aleaciones y compuestos químicos. Desventajas del proceso: baja presión en la cámara (10 -1 Pa), baja productividad, operación por lotes, imposibilidad de procesar productos largos (por ejemplo, tuberías), consumo de energía importante, alto costo de instalaciones.

Saturación por difusión de iones Ventajas sobre la nitruración de gas convencional: reducción del tiempo de ciclo de 3 a 5 veces; reducción de la deformación de las piezas de 3 a 5 veces; la posibilidad de realizar procesos de nitruración controlados para obtener capas con una determinada composición y estructura; la posibilidad de reducir la temperatura del proceso de nitruración a 350 -400 0 С, lo que permite evitar el ablandamiento de los materiales del núcleo de los productos; reduciendo la fragilidad de la capa y aumentando sus características de servicio; facilidad de protección de secciones individuales de piezas contra la nitruración; eliminación del peligro de explosión del horno; reducción en el consumo específico de energía eléctrica en 1,5-2 veces y gas de trabajo en 30-50 veces; mejora de las condiciones de trabajo de los trabajadores térmicos. Desventajas: la imposibilidad de acelerar el proceso aumentando la densidad del flujo de iones, porque como resultado del sobrecalentamiento de las piezas, la dureza superficial disminuye; intensificación del proceso de nitruración iónica; aplicar un campo magnético para aumentar la densidad de corriente y reducir la presión del gas; creando la superficie de la pieza de un defecto dado (deformación plástica preliminar, tratamiento térmico).

Unidad de cementación de iones EVT

Cementación iónica La cementación iónica crea un alto gradiente de concentración de carbono en la capa límite. La tasa de crecimiento de la capa de material cementado es de 0,4…0,6 mm/h, que es de 3 a 5 veces mayor que la de otros métodos de cementación. La duración de la cementación iónica para obtener una capa con un espesor de 1 ... 1,2 mm se reduce a 2 ... 3 horas. Debido al bajo consumo de gases, electricidad y corto tiempo de procesamiento, los costos de producción se reducen de 4 a 5 veces. Las ventajas tecnológicas de la carburación iónica incluyen una alta uniformidad de la carburación, la ausencia de oxidación externa e interna y una disminución de la deformación de las piezas. El volumen de mecanizado se reduce en un 30%, el número de operaciones tecnológicas se reduce en un 40%, la duración del ciclo de procesamiento se reduce en un 50%.

Nitruración de plasma iónico (IPA) IPA es un tipo de tratamiento químico-térmico de piezas de máquinas, herramientas, troqueles y equipos de fundición, que proporciona saturación por difusión de la capa superficial de acero (hierro fundido) con nitrógeno o nitrógeno y carbono en nitrógeno- plasma de hidrógeno a una temperatura de 450 - 600 °C, así como titanio o aleaciones de titanio a una temperatura de 800 - 950 °C en plasma de nitrógeno. La esencia de la nitruración por plasma iónico es que en un medio gaseoso que contiene nitrógeno descargado a 200–1000 Pa entre el cátodo, en el que se ubican las piezas de trabajo, y el ánodo, cuyo papel desempeñan las paredes de la cámara de vacío. , se excita una descarga luminiscente anormal, formando un medio activo (iones, átomos, moléculas excitadas). Esto asegura la formación de una capa de nitruración en la superficie del producto, que consta de una zona de nitruración exterior con una zona de difusión situada debajo.

Microestructura de la capa nitrurada del acero para herramientas 4 X 5 MFS a b Microestructuras de los aceros U 8 (a) y 20 X 13 (b) después de la nitruración por plasma iónico

Instalación UA-63 -950/3400 con geometría variable de la cámara de trabajo (altura 1,7 o 3,4 m)

Aplicación del método de nitruración por plasma iónico Con este método se procesan los siguientes productos: boquillas para automóviles, placas portadoras de accionamiento automático, troqueles, punzones, troqueles, moldes (Daimler Chrysler); resortes para el sistema de inyección (Opel); cigüeñales (Audi); árboles de distribución (levas) (Volkswagen); cigüeñales para el compresor (Atlas, EE. UU. y Wabco, Alemania); engranajes para BMW (Handl, Alemania); engranajes de autobús (Voith); endurecimiento de herramientas de prensado en la producción de productos de aluminio (Nughovens, Scandex, John Davis, etc.). Existe una experiencia positiva del uso industrial de este método por parte de los países de la CEI: Bielorrusia - MZKT, MAZ, Bel. ARIZONA; Rusia - Automóvil. VAZ, Kam. AZ, MMPP Salyut, Asociación de Construcción de Motores de Ufa (UMPO). El método IPA procesa: engranajes (MZKT); engranajes y otras partes (MAZ); engranajes de gran diámetro (más de 800 mm) (Bel. AZ); válvulas de admisión y escape (Avto. VAZ); cigüeñales (Kam. AZ).

La metalización de productos según el tipo 1 se lleva a cabo con fines decorativos, para aumentar la dureza y la resistencia al desgaste, para proteger contra la corrosión. Debido a la débil adherencia del recubrimiento al sustrato, este tipo de metalización no es aconsejable para piezas que operen bajo altas cargas y temperaturas. La tecnología de metalización según los tipos 1 y 2a prevé la aplicación de una capa de una sustancia sobre la superficie de un producto frío o calentado a temperaturas relativamente bajas. Estos tipos de metalización incluyen: electrolítica (galvanoplastia); químico; procesos de llama de gas para la obtención de recubrimientos (sputtering); revestimiento por cladding (mecanotérmico); difusión, inmersión en metales fundidos. La tecnología de metalización según el tipo 2 b prevé la saturación por difusión de la superficie de las piezas calentadas a altas temperaturas con elementos metálicos, como resultado de lo cual se forma una aleación en la zona de difusión del elemento (metalización por difusión). En este caso, la geometría y las dimensiones de la pieza metalizada prácticamente no cambian.

Metalización por plasma de iones La metalización por plasma de iones tiene una serie de ventajas significativas sobre otros tipos de metalización. La alta temperatura del plasma y el ambiente neutro permiten obtener recubrimientos con mayor uniformidad estructural, menor oxidabilidad, mayores propiedades cohesivas y adhesivas, resistencia al desgaste, etc. frente a estas propiedades de otros tipos de metalizaciones. Con este método de metalización, se pueden pulverizar varios materiales refractarios: tungsteno, molibdeno, titanio, etc., aleaciones duras, así como óxidos de aluminio, cromo, magnesio, etc. El recubrimiento se puede realizar por pulverización tanto de alambre como de polvo. La metalización real consta de tres procesos: fusión del metal sólido del alambre o del polvo (durante la metalización con plasma iónico), pulverización del metal fundido y formación de un revestimiento. Cualquier metal refractario en forma de alambre o polvo se puede usar como material para rociar, pero también se pueden usar alambres de carbono medio a aleados del tipo Np-40, Np-ZOHGSA, Np-ZKh 13, etc. las condiciones de las empresas de reparación de automóviles, una aleación del tipo VZK (stellite) o sormita, que tiene una alta resistencia al desgaste y a la corrosión.

AV. ARZAMASOV
MSTU im. NE Bauman
ISSN 0026-0819. "Ciencia de los metales y tratamiento térmico de los metales", Nº 1. 1991

El desarrollo de nuevos procesos productivos de nitruración iónica con el fin de aumentar la resistencia al desgaste de la superficie de las piezas fabricadas con aceros austeníticos es una tarea urgente.

Los aceros austeníticos son difíciles de nitrurar, ya que sus películas superficiales de óxido evitan la saturación de nitrógeno y el coeficiente de difusión del nitrógeno en la austenita es menor que en la ferrita. En este sentido, para eliminar las películas de óxido durante la nitruración convencional, es necesario pretratar la superficie del acero o utilizar despasivantes.

La nitruración habitual de la mayoría de los aceros austeníticos se realiza en amoníaco a 560-600 °C durante 48-60 horas, sin embargo, estos modos no permiten obtener capas de difusión con un espesor superior a 0,12-0,15 mm, y es imposible Para obtener un espesor la capa de difusión es superior a 0,12 mm incluso durante la nitruración durante 100 horas Un aumento de la temperatura de nitruración en el horno por encima de 700 °C conduce a una disociación más completa del amoníaco y, como resultado, a una disminución de la actividad del proceso.

Por regla general, después de la nitruración convencional, la resistencia a la corrosión de las capas superficiales de los aceros austeníticos se deteriora.

La nitruración iónica de aceros austeníticos aumenta el coeficiente de difusión del nitrógeno y no requiere el uso de despasivadores. Esto reduce la duración del proceso y mejora la calidad de las capas nitruradas resultantes.

Sin embargo, la nitruración iónica de aceros austeníticos según regímenes previamente desarrollados no permitía obtener capas de difusión de gran espesor incluso con largas exposiciones.

Sobre la base de cálculos termodinámicos y estudios experimentales, se desarrolló un modo de nitruración iónica de piezas fabricadas con aceros austeníticos, que permite obtener capas de difusión de alta calidad, resistentes al desgaste profundo, no magnéticas y resistentes a la corrosión en un tiempo relativamente corto. Las películas de óxido se eliminaron de la superficie de las piezas durante el tratamiento químico-térmico.

Se estudiaron los aceros austeníticos estándar 45Kh14N14V2M (EI69), 12Kh18N10T (EYa1T); 25Kh18N8V2 (EI946) y alto contenido de nitrógeno experimental, desarrollado por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Metales de la Academia de Ciencias de Bulgaria - tipo Kh14AG20N8F2M (0,46 % N), Kh18AG11N7F (0,70 % N), Kh18AG12F (0,88 % N), Kh18AG20N7F (1, 09 % N), X18AG20F (1,02 % N), X18AG20F (2,00 % N) .

El estudio de la estructura de las capas de difusión sobre los aceros se ha realizado mediante microanálisis metalográfico, difracción de rayos X y espectral de rayos X. Se ha establecido que el criterio estructural para la alta resistencia al desgaste de los aceros austeníticos nitrurados es la presencia de nitruros de tipo CrN en la capa de difusión. Un análisis de las curvas de concentración de elementos químicos obtenidas con los microanalizadores ISM-35 CF, Cameca MS-46, Camebax 23-APR-85 mostró que, en comparación con otros elementos pesados, el cromo se distribuye más abruptamente sobre el espesor de la capa. En el núcleo de las muestras, la distribución de cromo es uniforme.

La repetición repetida de experimentos para estudiar la distribución de nitrógeno y cromo sobre el espesor de la capa de difusión reveló cambios bruscos sincrónicos en sus concentraciones. Además, como mostraron las pruebas de desgaste por capas, la microzona de la capa de difusión con el contenido máximo de nitrógeno y cromo tiene la mayor resistencia al desgaste (Tabla 1).

Tabla 1.

h, micrón	Contenido de elementos químicos, %				ε
	C	norte	cr	Ni
20	0,70	10,0	19,0	11,0	9,5
40	0,85	12,0	25,0	8,0	10,7
45	0,88	15,0	25,0	8,0	11,2
50	0,92	10,0	25,0	8,0	11,0
70	0,90	0	14,0	12,0	1,7
* - resto Fe Notas: 1. Las pruebas de desgaste se realizaron en una máquina Skoda-Savin. 2. La resistencia al desgaste relativa se determinó mediante la relación de los volúmenes de agujeros desgastados en el estándar (muestra de acero con una dureza de 51 HRC) y la muestra de prueba ε = V ref / V arr (resistencia al desgaste relativa del núcleo ε = 0,08 ).

El estudio adicional de la estructura de los aceros austeníticos nitrurados mediante microanálisis de rayos X permitió establecer que en las microzonas de las capas de difusión con un mayor contenido de nitrógeno y cromo, se observa una concentración reducida de carbono, níquel y hierro (Tabla 1 ).

Un análisis comparativo de la microestructura de la capa y el núcleo del acero nitrurado 45Kh14N14V2M, tomado en la radiación característica de cromo K α, mostró que la capa de difusión contiene más acumulaciones de "puntos blancos" - compuestos de cromo que en el núcleo.

Las mediciones capa por capa de la permeabilidad magnética utilizando un magnetoscopio F 1.067 y la determinación del contenido de la fase de ferrita en un ferritómetro MF-10I mostraron que el método desarrollado de nitruración iónica de piezas fabricadas con aceros austeníticos contribuye a la producción de difusión no magnética. capas (Cuadro 2).

Tabla 2.

También se encontró que los aceros nitrurados tipo 45Kh14N14V2M y Kh14AG20N8F2M tienen una resistencia a la corrosión satisfactoria.

De acuerdo con el nuevo proceso tecnológico, se procesó un lote de engranajes de acero 45Kh14N14V2M. Los detalles cumplieron con los requisitos técnicos. El análisis micro y macroestructural confirmó que los engranajes tienen una capa de difusión uniforme de alta calidad de 270 µm de espesor.

Después de largas pruebas industriales, no se encontraron defectos visibles en los engranajes. Un control posterior mostró que las dimensiones geométricas de los engranajes corresponden a los requisitos tecnológicos, así como la ausencia de desgaste en las superficies de trabajo de las piezas, lo que se confirmó mediante análisis microestructural.

Conclusión. El modo desarrollado de nitruración iónica de piezas hechas de aceros austeníticos permite reducir la duración del proceso en más de 5 veces, mientras que el espesor de la capa aumenta en 3 veces y la resistencia al desgaste de la capa - en 2 veces en comparación con parámetros similares después de la nitruración convencional. Además, se reduce la intensidad de mano de obra, se incrementa la cultura productiva y se mejora la situación medioambiental.

Bibliografía:
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