希土類窒化プロセスの適用状況と開発動向

公開時間： 07 / 01 2021 著者：サイト編集者訪問：12242

1980年代半ば以降、生産において、一般に合金鋼の浸炭および焼入れプロセスで処理された一部の歯車には、より高い強度要件、ならびに高速、高出力、および高信頼性の要件があります。ただし、浸炭焼入れ後の鋼の形状は比較的大きく、歯車研削処理などの後続工程を追加する必要があります。非インボリュート歯車の歯車研削処理を行うことは容易ではありません。さらに、近年の航空宇宙産業の急速な発展により、大型の精密リングや薄肉部品の適用も促進されています。現在、これらの鋼部品の表面処理は、浸炭焼入れ工程を主に採用しており、最終加工・成形が困難で、焼入れ後の変形が大きいという問題もあります。浸炭ワークに比べ、窒化後のワークは変形が少なく、上記の問題をよりよく解決することができます。

希土類窒化プロセスの適用状況と開発動向

最も一般的な0.3つの表面硬化熱処理プロセスとして、窒化と浸炭には独自の利点があります。窒化層の耐摩耗性は浸炭層よりも優れており、硬度は高いが、プロセスサイクルは浸炭層よりも長い。窒化層は浸炭層よりも浅く（0.5〜0.55mm）、軸受・衝撃耐荷重は比較的弱い。。実験的研究により、深窒化（> XNUMXmm）処理は浸炭プロセスを部分的に置き換えることができ、浸炭層の耐衝撃性と支持力を効果的に改善できることが示されています。

化学熱処理に希土類が適用されて以来、国内外の学者は窒化過程における希土類の役割について多くの研究を行い、目覚ましい成果を上げてきました。つまり、窒化プロセスで希土類を追加すると、浸透速度と浸透層の硬度を効果的に高めることができます。、浸透層を厚くし、構造を改善することで、触媒作用とマイクロアロイの二重の役割を果たします。希土類窒化技術の開発は、それ自体の特性に依存します。つまり、独自の電子層構造により、強力な化学活性があります。

窒化プロセスに希土類元素を追加すると、多くの利点があります。まず、窒化を高速化できます。第二に、窒化温度を効果的に下げることができます。第三に、それは機器とワークピース固定具の耐用年数を大幅に延ばすことができます。第四に、部品の曲げ疲労、接触疲労強度、耐摩耗性などを向上させることができます。したがって、中国の歯車窒化では、化学熱処理プロセスに希土類元素を導入することで、プロセスが新しいレベルに向上し、大幅に向上しました。製品の品質により、国際規格との早期統合を実現し、国際競争力を強化します。

1.従来の窒化プロセスの適用状況

窒化は、広く使用されている表面化学熱処理技術です。窒化処理の目的は、基本的にそれ自体の特性やワークピースのサイズを変更することなく、より高い表面硬度を得ると同時に、耐摩耗性を向上させ、疲労寿命を延ばすことです。。他の化学的熱処理プロセスと同様に、窒化プロセスには、窒化媒体の分解、窒化剤中での反応、拡散、相界面反応、鉄中の浸透した窒素元素の拡散、および窒化物の形成が含まれる。 Fe-N合金の状態図によると、窒化温度は一般に590°C（窒素の共析温度）より低く、窒化層は表面から内部に向かってε相とα相を形成します。イプシロン相の窒素原子の拡散速度が最も遅いため、窒化層が形成された後、イプシロン相は窒素原子の内部拡散を妨げる障壁のように機能します。したがって、通常の状況下では、窒化層の成長速度は、一定期間窒化した後に大幅に低下します。
希土類窒化プロセス

2.1希土類窒化のメカニズム

希土類は、ランタニド元素とスカンジウム（Sc）およびイットリウム（Y）を含む17の元素の総称です。これらの希土類元素は比較的活性が高く、マグネシウム（Mg）とアルミニウム（Al）の間にあります。その独特の特性により、多くの分野で広く使用されています。また、これらの特性により、熱処理促進剤として使用したり、化学熱処理に使用したりすることができます。化学熱処理では、ランタン（La）とセリウム（Ce）が4fの電子層構造を持ち、セリウム（Ce）-2.48、ランタン（La）-2.52などの強い化学電気陰性度を持っているため、多くの場合、主要な元素です。、その化学的特性は比較的活発であり、それにより、さまざまな非金属とのより優れた化学的相乗効果を生み出すことができます。ハルビン工業大学の学者は、特殊な電子構造と化学活性を持つ希土類元素が鋼部品の表面に浸透する可能性があると考えています。多くの利点の理由は、希土類元素が鋼の表面に浸透すると、原子半径が鉄原子の原子半径よりも約40％大きくなり、周囲の鉄原子格子の歪みが発生するためです。回転すると欠陥密度が増加します。つまり、歪みによって新しい欠陥密度が増加します。結晶欠陥は窒素原子の吸着と拡散を助長するため、格子間原子は歪みゾーンで濃縮されます。希土類元素が鋼部品の表面に浸透した後、短時間で鋼部品の表面に高い窒素濃度を形成し、それによって高い窒素ポテンシャルと濃度勾配を形成し、窒素原子を内側に拡散させます急速に、それによって化学熱処理プロセスを明白にします浸透層の構造をスピードアップして洗練し、浸透層の性能を向上させます。

著者は、希土類窒化の速度の大幅な増加は、主に次の理由によると考えています。

希土類元素の浸透により欠陥密度が増殖し、拡散流束Jが増加し、窒素原子の移動係数が大幅に増加します。
希土類元素の浸透は表面Fe原子の格子歪みを引き起こし、それが表面エネルギーを増加させ、それによって格子間N原子を捕獲する吸着エネルギーを増加させます。
歪みゾーンで多数のN原子が濃縮されると、窒素濃度の差が大きくなり、化学エネルギーが向上し、拡散速度が加速します。

2.2。希土類窒化の特性

窒化中の希土類の触媒効果は、希土類窒化の重要な特性である浸炭の触媒効果よりもはるかに大きい。その理由は、窒化温度は通常α-Fe相帯にあり、この相帯の希土類元素の浸透抵抗はγ-Fe相帯よりもはるかに小さいためです。さらに、希土類の浸透量も浸透効果に影響を与える主な要因です。。一般的に、浸透量が多いほど浸透効果が高く、窒化時の希土類浸透量が浸炭時よりも多いため、窒化時の浸透効果が高くなります。

窒化層内の窒化物の分布と形態は、窒化層の硬度の鍵となります。窒化物が分散して分布している場合、硬度は高くなり、逆に硬度は低くなります。従来の窒化プロセスでは、一般に薄片状の窒化物が生成され、窒化物は親相とコヒーレントまたはセミコヒーレントである。温度が上昇すると、窒化物は蓄積して大きくなり、親相から脱可溶し、硬度が急激に低下します。

希土類窒化の過程で、希土類の浸透により窒化物が分散した不均一な分布状態を示すため、自由エネルギーが急激に上昇し、格子間N原子のトラップになります。同時に、準安定コットレル気団を形成することができ、そこでエネルギーを減らすことができます。窒化物の形成は希土類元素をコアとして取り、それらの分布は細かく分散されます。同時に、それはまた、拡散した準球形の析出を示し、それにより、静脈のような構造の生成を回避し、また、粒界に沿った窒化物の偏析を回避する。さらに、特定の温度範囲内では、窒化物の形態は変化せず、その分布も変化しません。従来の窒化技術と比較して、希土類窒化技術は窒化物層の硬度を高め、脆性を0〜レベル1に維持することができます。

2.3。希土類窒化プロセスの要件

希土類窒化は、窒化層の硬度が高いという特徴があります。この特性によれば、窒化温度を１０〜２０℃上昇させることができ、それにより、窒化速度の上昇をより効果的に促進することができる。多数の実験の結果によると、同じ温度では、希土類窒化は浸透率を10％から20％しか上げることができませんが、温度を15°C上げた後、浸透率は大幅に増やすことができます。同時に、従来の窒化技術と同様に、希土類窒化は、窒化のアンモニア分解速度を妥当な範囲内に制御する必要があります。つまり、初期段階ではより高い窒素ポテンシャル（Np）を使用し、その後徐々に低減する必要があります。一般に、温度可変、窒化電位可変の双方向制御雰囲気窒化プロセスを採用し、初期段階でアンモニア分解速度を低下させ、窒化速度を加速する要件を満たすために窒素電位を上昇させ、大幅に増加させます。それ。

2.4。希土類窒化の経済的利益と省エネ

従来の窒化プロセスである一般的な合金構造用鋼を使用すると、層に0.3mmが必要な場合、保持時間は通常30時間以上かかります。浸透層が0.6mm必要な場合、保温時間は90時間以上かかります。希土類窒化を触媒に加えた後、通常の合金構造用鋼が0.3mmの浸透層を必要とする場合、同じ温度条件下で繰り返し加熱断熱窒化プロセスを使用できる場合、保持時間はわずか14時間になります。従来の窒化技術と比較して、保温時間が16時間短縮され、53％の時間が節約されます。したがって、電力を40％節約し、アンモニア消費量を約35％削減し、排気ガス排出量を約35％削減することができます。浸透層が0.6mm必要な場合、保温時間を約40％短縮できます。

中国は主要な機械製造国であり、主に工作機械製造、風力発電、航空宇宙機器、金型製造などの産業で数千の企業がガス窒化を使用しています。 3000個のピット型窒化炉（75kWで計算）は年間100回稼働し、25時間の電源投入ごとに年間5.625×108kW•hの電力を消費すると推定されています。希土類浸透剤を使用することで、浸透率を40％向上させ、2.250×108kW・hの節電を実現します。これは、標準石炭90,000万トンに相当し、CO2排出量を80,000万トン削減します。したがって、業界全体が窒化プロセスに希土類浸透技術を採用すれば、より優れた「省エネと排出削減」効果が得られます。

3.希土類窒化技術の開発

3.1。希土類窒化の重要性

近年、世界のエネルギー価格の全般的な上昇に伴い、中国の経済発展は大きな課題に直面しています。このため、革新的で省エネな国を設立し、持続可能な経済発展の目標を達成することを提案し、エネルギー消費、省エネ、排出削減を削減するための関連措置を発表しました。そして効率的な寿命延長を達成するための関連する方針。希土類窒化プロセスの予備試験によると、希土類触媒浸透はガス窒化の時間を大幅に短縮し、鋼材ごとに異なる触媒効果を示すことがわかっています。一般に、約30％から60に短縮できます。％、表面硬度も低い。従来の窒化と比較して、50〜150HV増加する可能性があります。予備計算によると、この技術を使用することで消費電力が大幅に削減され、消費電力が30％から40％削減され、窒化廃ガスの排出量が削減され、労働時間が短縮され、作業効率が向上することが期待されます。同時に、鋼部品の品質が大幅に向上し、耐摩耗性が大幅に向上し、表面の耐摩耗性が大幅に向上し、一定範囲内で強度と硬度が向上し、効率的な使用と長寿命が実現されます。。希土類窒化技術は、中国の窒化プロセスの開発を促進します。

3.2希土類窒化の見通し

窒化処理は、部品の表面硬度を向上させ、部品の耐摩耗性を向上させ、耐食性と耐疲労性を向上させるという特徴があります。金型製造および動力機械産業で広く使用できます。窒化は機械的処理においてかけがえのないプロセスですが、窒化プロセスにおいて緊急に解決する必要のあるいくつかの問題がまだあります。たとえば、処理時間が長すぎます。 0.5mmの層を例にとると、50時間もかかります。計算を含めて補助時間を追加すると、処理時間は3〜4日になります。したがって、これは多くの工数、電力消費、およびアンモニアを浪費します。このため、窒化プロセスに関する今後の研究の焦点は、次の側面に焦点を当てる必要があります。XNUMXつは窒化時間を短縮することです。もうXNUMXつは、浸透層を深くすることです。 XNUMXつ目はエネルギー消費量を削減することです。四つ目は、グリーン経済の発展の方向にシフトすることです。

中国の豊富な希土類資源と希土類窒化プロセスの多くの利点を考慮して、技術革新と促進を使用して、資源と技術の利点を十分に活用し、工業開発の利点と経済的利益を形成する必要があります。

材料科学技術の研究者は、希土類窒化プロセスの革新と促進を研究の焦点とし、その内部法則と窒化メカニズムについてより深く議論する必要があります。高効率希土類触媒の研究開発を継続し、従来の窒化法を希土類窒化法に完全に置き換えることで、省エネ、排出削減、消費量削減、効率化の効果を最大化するよう努めています。増加と寿命の延長。

転載のためにこの記事の出典と住所を保管してください: 希土類窒化プロセスの適用状況と開発動向

ミンゲダイカスト会社高品質で高性能な鋳造部品の製造と提供に専念しています（金属ダイカスト部品の範囲は主に含まれています薄肉ダイカスト,ホットチャンバーダイカスト,コールドチャンバーダイカスト）、ラウンドサービス（ダイカストサービス、CNCの機械化,金型製作、表面処理）。カスタムのアルミニウムダイカスト、マグネシウムまたはザマック/亜鉛ダイカスト、およびその他の鋳造要件については、お問い合わせください。

ISO9001とTS16949の管理下で、すべてのプロセスは、ブラスターからウルトラソニック洗濯機に至るまで、何百もの高度なダイキャスティングマシン、5軸マシン、およびその他の設備を介して実行されます。経験豊富なエンジニア、オペレーター、検査官のチームがお客様の設計を実現します。

ダイカストの委託製造業者。機能には、0.15ポンドからのコールドチャンバーアルミニウムダイカスト部品が含まれます。 6ポンドまで、クイックチェンジセットアップ、および機械加工。付加価値サービスには、研磨、振動、バリ取り、ショットブラスト、塗装、メッキ、コーティング、組み立て、および工具が含まれます。使用する材料には、360、380、383、413などの合金が含まれます。

亜鉛ダイカスト設計支援/コンカレントエンジニアリングサービス。精密亜鉛ダイカストのカスタムメーカー。ミニチュア鋳造、高圧ダイカスト、マルチスライドモールド鋳造、従来のモールド鋳造、ユニットダイおよび独立ダイカスト、およびキャビティシール鋳造を製造することができます。鋳物は、最大24インチインチ+/- 0.0005インチの公差で長さと幅で製造できます。