Kiến Thức Cơ Bản về Thấm Nitơ: Thấm Nitơ Bằng Khí và Plasma Mà Không Cần Tôi

Một nguyên lý hóa bền khác

Không giống thấm carbon, thấm nitơ không dựa vào chuyển biến pha. Các chi tiết được nung nóng đến khoảng 500–580 °C — dưới nhiệt độ ram và nhiệt độ chuyển biến của thép — trong môi trường cung cấp nitơ (khí amoniac, hoặc plasma nitơ). Nitơ khuếch tán vào và tạo thành các nitrua mịn, cứng với các nguyên tố hợp kim trong thép. Vì không có gì được tôi sau đó, biến dạng là tối thiểu và các chi tiết đã hoàn thiện có thể được xử lý.

Hai vùng

Một bề mặt đã thấm nitơ có hai vùng riêng biệt:

• Lớp hợp chất ("lớp trắng") — một màng bề mặt mỏng của các nitrua sắt, thường dày từ vài micromet đến vài chục micromet. Nó rất cứng, chống trầy xước và ăn mòn, nhưng có thể giòn; trên các chi tiết chính xác hoặc chịu tải mỏi, nó thường bị giới hạn hoặc loại bỏ bằng mài nghiền.
• Vùng khuếch tán — bên dưới nó, nitơ ở dạng dung dịch và các kết tủa nitrua hợp kim làm tăng độ cứng dần dần trở lại mức của lõi. Chiều sâu lớp thấm tổng thường khoảng 0.2–0.7 mm, nông hơn nhiều so với lớp thấm carbon, vì nhiệt độ thấp hơn làm chậm khuếch tán và các chu trình đã kéo dài hàng chục giờ.

Độ cứng bề mặt phụ thuộc mạnh vào loại thép: các mác chứa nhôm và crom có thể vượt quá khoảng 1000 HV, trong khi thép carbon thường hầu như không thu được gì ngoài bảo vệ bề mặt — chúng thiếu các nguyên tố tạo nitrua.

Các loại thép thấm nitơ tốt

Thép thấm nitơ được hợp kim hóa có chủ đích với nhôm, crom, molypden và vanadi:

• 1.8550 (31CrMoV9) — thép thấm nitơ chuyên dụng kinh điển, được cung cấp ở trạng thái đã hóa bền trước.
• 4140 / 42CrMo4 — được thấm nitơ rộng rãi cho trục và bánh răng khi độ cứng lớp thấm vừa phải là đủ.
• H13 (1.2344) — khuôn làm việc nóng thường xuyên được thấm nitơ (hoặc thấm nitơ-carbon) để chống dính bám và nứt nhiệt trong dịch vụ đúc áp lực.
• Các mác thép không gỉ và thép maraging có các biến thể nhiệt độ thấp riêng để tránh làm hại khả năng chống ăn mòn hoặc tổ chức đã hóa già.

Các quy tắc quy trình quan trọng

1. Hóa bền trước trước. Lõi được tôi và ram trước khi thấm nitơ, và nhiệt độ ram cuối cùng phải cao hơn nhiệt độ thấm nitơ một cách an toàn — nếu không, chính chu trình sẽ ram quá mức lõi.
2. Khử ứng suất sau gia công cơ khí thô, để chu trình thấm nitơ không bị yêu cầu làm hai việc cùng lúc.
3. Khí so với plasma. Thấm nitơ bằng khí là tiêu chuẩn theo lô tiết kiệm. Thấm nitơ plasma (ion) cho phép kiểm soát lớp trắng tốt hơn, hoạt động dễ dàng hơn trên các mác thép không gỉ, và có thể che chắn các vùng bằng cơ học, với chi phí thiết bị cao hơn.
4. Không tôi có nghĩa là không có cứu vãn. Các khuyết tật bề mặt, thoát carbon hoặc lõi mềm khi đưa vào vẫn sẽ còn đó khi lấy ra — chất lượng chuẩn bị quyết định kết quả.

Thấm nitơ so với thấm carbon

Hai quy trình hóa bền bề mặt là bổ sung cho nhau, không phải đối thủ. Thấm carbon cho lớp thấm sâu hơn (thường thuộc lớp 0.5–2 mm), khả năng chịu tải cao hơn và chi phí đơn vị thấp hơn trên bánh răng sản lượng lớn, nhưng nó cần tôi, với biến dạng và mài hoàn thiện tiếp theo. Thấm nitơ cho lớp thấm nông hơn và giới hạn tải tiếp xúc thấp hơn, nhưng chi tiết có thể được gia công cơ khí tinh trước khi xử lý và ra lò ổn định về kích thước, với khả năng chống ăn mòn và hành vi chống trầy xước tốt hơn. Các yếu tố quyết định thường là chiều sâu lớp thấm yêu cầu, dung sai biến dạng và liệu loại thép đó có chứa các nguyên tố tạo nitrua mà thấm nitơ phụ thuộc vào hay không.