Nitrurarea în plasmă

1 NITRURAREA

Nitrurarea este un procedeu de călire care se desfășoară la temperaturi între 450 - 600 ° C pentru oțel. Scopul procesului este difuzarea azotului în

suprafața substratului pentru a forma nitruri în combinație cu diferite elemente de aliere ale substratului și pentru a forma straturi compuse care au proprietăți mari de rezistență la uzură.

Deoarece nitrurarea modifică compoziția chimică a suprafeței substratului și procesul se desfășoară la temperatură medie, este clasificat ca un proces termo-chimic. Deși multe materiale diferite pot fi nitrurate cu ajutorul noilor tehnologii, această lucrare se va concentra pe nitridarea substraturilor de oțel.

La temperatura la care se desfășoară procesul, difuzia de azot are loc în faza feritică a oțelului, astfel, nu are loc o transformare de fază în timpul răcirii substratului. Acest mecanism diferă de metodele tradiționale de călire, cum ar fi carburarea. Când se efectuează carburizarea, apare o transformare de fază la răcirea substratului, deoarece procesul este menținut la temperaturi unde faza stabilă a oțelului este austenita. Aici, conținutul de carbon al suprafeței oțelului este mărit și răcit rapid pentru a transforma austenita în martensită care este faza în care se asigură o duritate ridicată și rezistență la uzură.

Evitarea unei transformări de fază a masei în timpul procesului de nitrurare oferă un mare avantaj deoarece minimizează distorsiunile care apar de la carburarea și răcirea rapidă a proceselor de tratare termică. Acest lucru are o importanță majoră în structurarea costurilor atunci când se procesează componente sau unelte care vor avea un tratament post-termic sau un proces de finisare. Acest subiect va fi discutat în cele ce urmează în acest capitol.

Potrivit lui Thelning [1], atunci când studiem nitrurarea, putem folosi diagrama de echilibru fier-azot prezentată în figura 1.

Figura 1. Diagrama de fază fier-azot [2]

La nitrurarea la temperaturile utilizate în mod normal, între 450 și 600 ° C, azotul va difuza în fier numai până la o concentrație de până la 0,1 (wt.%), După cum se arată în schema de fază din figura 2. Când conținutul de azot este mai mare decât această valoare, începe să se formeze g'-nitrura. Formula chimică pentru această nitrudă este Fe4N. Când concentrația de azot depășește 6%, g'-nitrura începe să se schimbe la e-nitrură, care are formula chimică Fe3N. Peste 500 ° C, începe să se formeze z-nitrura. În acest moment, conținutul de azot al acestui compus este de aproximativ 11%, iar formula chimică a acestuia este Fe2N.

Figura 2. Parte din diagrama de fază fier-azot [2]

În mod normal, când se observă o suprafață nitrurată la microscop, se disting trei zone diferite. Se observă în mod obișnuit un strat alb exterior care conține g’-nitrură (Fe4N) și e-nitrură (Fe3N), deși există unele tehnologii noi de proces care evită formarea acestui strat. Această zonă este cunoscută sub denumirea de "strat alb" datorită aspectului său alb la microscop. Este un compus foarte dur și fragil care, în multe cazuri, ar trebui să fie îndepărtat pentru a obține un instrument bun sau o performanță bună a pieselor.

Acesta este primul strat care se formează în timpul procesului de nitrare și, pe măsură ce grosimea sa crește, azotul difuzează în substrat, unde apare o a doua zonă distinctă cunoscută ca zona de difuzie. Când solubilitatea azotului este depășită în această zonă, azotul este precipitat la granițele granulelor și printre anumite planuri cristalografice sub formă de nitruri [1]. Cel de-al treilea strat este materialul de bază neschimbat prin procesul de nitrare.

Figura 3 prezintă o imagine a unui oțel nitrurat luată într-un microscop SEM în care stratul alb compus cu o grosime neuniformă de 2-5 mm indicat de săgeți poate să fie clar văzut.