Diagram Fe N a nitridy

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Diagram Fe N a nitridy"

Alžběta Němečková
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Nitridace

2 Diagram Fe N a nitridy Nitrid Fe 4 N s KPC mřížkou také γ fáze. Tvrdost 450 až 500 HV. Přítomnost uhlíku v oceli jeho výskyt silně omezuje. Nitrid Fe 2-3 N s HTU mřížkou, také εε fáze. Je stabilní ve velmi širokém rozsahu obsahu dusíku. Má tvrdost 250 až 300 HV. Je-li v oceli přítomen ve větším množství i uhlík, vzniká karbonitrid Fe 2-3 (C,N), který je křehčí a má tvrdost 400 až 450 HV. Nitrid Fe 2 N, křehký a nežádoucí. Eutektoid při 590 o C, brownit. Velmi křehký a nežádoucí.

3 Čistý ferit rozpouští max 0,11 % N S klesající teplotou se rozpustnost snižuje až na 0,004 % N při pokojové teplotě. V přítomnosti dalších příměsí, především W, Mo, Cr, Ti a V, se silně zvyšuje rozpustnost dusíku ve feritu, až na 3 %. Ferit s dusíkem

4 Složení typické nitridační vrstvy

5 Metalografie vrstvy

6 Přehřátá nitridační vrstva Změní se na brownit!

7 Tvrdost uhlíkové oceli V uhlíkové oceli jsou všechny nitridační fáze méně tvrdé než běžný martenzit. Chceme-li získat v důsledku nitridace tvrdý povrch, musí být v oceli přítomná některá příměs, vytvářející tvrdé nitridy Al, Ti, Cr, Mo - oceli nitridační. Průběh tvrdosti v typických nitridačních ocelích může dosahovat až 1300 HV. Ve vrstvě nitridů, případně i ve feritu těsně pod ní, se pak vyskytují jehlice nitridů příměsí. Kalení po nitridaci nemá smysl po nitridaci

8 Vliv příměsí na nitridaci tvrdost roste, hloubka klesá

9 Účely nitridace Na rozdíl od cementace daleko univerzálnější zvýšení tvrdosti povrchu zvýšení otěruvzdornosti snížení koeficientu tření zvýšení korozivzdornosti (kromě nerezocelí) zlepšení únavových vlastností.

10 Vlastnosti jednotlivých fází čistý ferit s rozpuštěným dusíkem (tzv. difuzní vrstva) vrstva je měkčí, méně odolná otěru, má ale výbornou houževnatost a odolnost lomu. Zvyšuje se též únavová pevnost. Čistá γ fáze je maximálně otěruvzdorná, má nejvyšší tvrdost, je relativně houževnatá čistá ε fáze. Je křehčí, má velmi nízký koeficient tření, má vysokou korozní odolnost, ale menší otěruvzdornost.

11 Možnosti ovládání složení vrstvy Složení povrchu silně závisí na složení nitridované oceli. Uhlík v oceli podporuje tvorbu nitridu ε a potlačuje tvorbu nitridu γ. K různým účelům by bylo dobré ovládat složení povrchové vrstvy složením nitridační atmosféry, tyto možnosti jsou však silně omezené. Nejlépe se dá ovládat složení povrchové vrstvy při nitridaci v anomálním doutnavém výboji.

12 Vzhled různých typů vrstev

13 Základní podmínky nitridace Běžné nitridační teploty jsou 450 až 590 o C. Pod příliš pomalá difuze dusíku, nad vzniká brownit. Pomalá difuze = dlouhé časy nitridace = tenké vrstvy Výjimečně nitridace i při vyšší teplotě, nevadí-li přílišná křehkost vrstvy např. antikorozní nitridace. Dusík v molekulárním stavu N 2 nemůže difundovat do povrchu oceli. Nutno mít dusíkové atomy nebo ionty

14 Nitridace v solné lázni Nitridace se provádí v roztavených solích hlavní složkou jsou kyanidy a kyanatany Nositeli dusíku jsou radikály -CN, -CNO, -NO 3 Nabídka dusíku je velká, metoda je velmi jednoduchá a rychlá Vzhledem k jedovatosti kyanidů je tato metoda dnes prakticky všude zakázána. V malém množství je možné použít k nitridaci roztavené ferikyanidy nebo ferokyanidy (krevní sůl). Hledají se nové vhodné soli - organické

15 Nitridace ve čpavku v plynu Nitridace při atmosférickém tlaku Čpavek se částečně rozkládá katalyticky ve speciální retortě štěpič Byla to dříve nejběžnější nitridační metoda. Poměrně špatně regulovatelná

16 Dusíková sonda HydroNit Pokusy zavést dusíkový potenciál atmosféry. Patent firmy Ipsen. Rekombinace vodíku do molekul probíhá rychleji než dusíku, lze psát rovnici : NH 3 [N] + 3/2 H 2 Není zcela v pořádku nejde o vratnou reakci Pak dusíkový potenciál K N = p(nh 3 ) / p(h 2 ) 3/2 Parciální tlak vodíku je snímán speciální sondou HydroNit z difuze vodíku stěnou speciální trubice Je třeba dále znát celkové složení přiváděné atmosféry a její tlak k výpočtu parciálního tlaku čpavku.

17 Sonda Hydronit

18 Sycení dusíkem čisté železo

19 Hloubka nitridace v plynu

20 Vakuová nitridace Nitridační atmosféra je složena z dusíku, čpavku a oxidu dusného N 2 O (rajský plyn) N 2 O působí jako aktivátor nitridace. Štěpí se molekulární dusík na povrchu oceli a difunduje do ní. Vznikající nitridační vrstva je bezporézní, vždy ale obsahuje určité množství kyslíku. Proces je patentován pod jmény ALNAT N nebo NITRAL. Rychlost difuze vyšší než při nitridaci v plynu, ale nižší než v anomálním doutnavém výboji.

21 Nitridace ve výboji Nitridace v anomálním doutnavém výboji Také iontová nebo plasmová nitridace. Moderní metoda nitridace, prováděná ve vakuu. Dusík je při ní přítomen ve formě iontů, které mohou velmi dobře difundovat do povrchu oceli. Je rychlejší než nitridace v plynu. Je také lépe regulovatelná. Bližší popis bude uveden v souvislosti s anomálním doutnavým výbojem.

22 Porovnání rychlostí nitridací

23 Ternární diagram Fe C - N Současná difuze uhlíku a dusíku se vzájemně podporuje vyšší rychlost a větší hloubky

24 Vztah ternárního a binárních diagramů

25 Karbonitridace ocelí Aktivní atmosféra jako při nitridaci, ale obohacená o zdroj uhlíku nejčastěji malé množství některého plynného uhlovodíku. Probíhá při stejných teplotách jako nitridace, ale je rychlejší. Na povrchu oceli vznikají karbonitrid ε, nebo karbonitridy legur. Nitrid γ rozpouští jen málo množství uhlíku, jeho tvorba silně potlačena. Zato vrstva karbonitridu ε je mnohonásobně silnější než při nitridaci. Po karbonitridaci se již ocel jen pomalu ochladí a dále tepelně nezpracovává.

26 Nitrocementace ocelí V zásadě jde o cementaci Nitrocementace probíhá při stejných teplotách jako cementace Difuze uhlíku do oceli je urychlována současnou difuzí malého množství dusíku. Cementační aktivní atmosféra je obohacena o zdroj dusíku, zpravidla o malé množství čpavku. Dusík se projeví pouze urychlením difuze uhlíku, jeho malé množství se rozpouští v austenitu a ve struktuře oceli není pozorovatelné. Musí následovat kalení a případně i popouštění stejně jako po cementaci

27 Další kombinované metody Sulfonitridace současná difuze síry při nitridaci, ke zlepšení třecích vlastností. Sulfidy mají nízký koeficient tření. Oxinitridace označovaná např. PRONOX zesílení nitridační vrstvy, často ve vakuu v atmosféře CO 2 nebo H 2 O. Zlepšení třecích vlastností, především díky zvýšené pórovitosti vrstvy, která pak snadněji udrží mazací olej.

28 Příklad oxinitridace

Podobné dokumenty

Anomální doutnavý výboj

Anomální doutnavý výboj Výboje v plynech ve vakuu Základní procesy ve výboji Odprašování dopadající kladné ionty vyrážejí z katody částice, tím dochází k úbytku hmoty katody a zmenšování rozměrů. Odprašování