Chemische warmtebehandeling: Definitie, classificatie en eigenschappen

Definitie van chemische warmtebehandeling

Chemische warmtebehandeling is een proces waarbij metalen of gelegeerde werkstukken worden verhit in een geschikt actief medium voor isolatie, waardoor een of meer elementen in de oppervlaktelaag dringen en de chemische samenstelling, structuur en prestaties veranderen.

Chemische warmtebehandeling, ook bekend als "oppervlakte diffusie" of "thermische diffusie" behandeling, bestaat uit het plaatsen van metalen materialen of delen in een vast, vloeibaar of gasvormig medium dat een of meer chemische elementen bevat.

De materialen worden vervolgens in een oven verhit tot een specifieke temperatuur, waardoor deze elementen het metaaloppervlak kunnen binnendringen via de ontleding, adsorptie, vaste oplossing en combinatiereactie van medium pyrolysaten op het metaaloppervlak. De elementen dringen geleidelijk door in het metaalmateriaal via thermische diffusie en vormen zo een penetratielaag die rijk is aan een of meer legeringselementen op het metaaloppervlak.

Chemische warmtebehandelingstechnologie speelt een belangrijke rol in de moderne industrie omdat het de prestaties van werkstukken sterk kan verbeteren.

Door een hard oppervlak en een taai intern oppervlak te creëren, kan het verschillende mechanische eigenschappen verbeteren, waaronder een hoge sterkte, hoge hardheid, hoge slijtvastheid, anti-slijtage, anti-vermoeidheid en speciale weerstand tegen corrosie. Het kan ook de fysische en chemische eigenschappen van het werkstukoppervlak verbeteren, zoals weerstand tegen oxidatie bij hoge temperaturen.

Het is belangrijk op te merken dat het werkstuk zijn oorspronkelijke plastische en taaie eigenschappen moet behouden om de duurzaamheid van machineonderdelen onder complexe werkomstandigheden te verbeteren. Daarom wordt chemische warmtebehandeling veel gebruikt om aan specifieke eisen te voldoen voor een groot aantal industriële toepassingen.

De belangrijkste kenmerken van chemische warmtebehandeling zijn

• Vaste diffusie-infiltratie die niet alleen de chemische samenstelling van de oppervlaktelaag van het werkstuk verandert, maar ook de structuur ervan wijzigt.
• De aanwezigheid van een diffusielaag tussen de infiltratielaag en de matrix kan zorgen voor eigenschappen die moeilijk te bereiken zijn met een enkel materiaal of de prestaties van het werkstuk verder verbeteren.
• Chemische warmtebehandeling wordt aangedreven door een concentratiegradiënt.
• De structuur van de infiltratielaag, gevormd door de chemische warmtebehandeling, houdt zich aan het fasendiagram.
• De structuur is continu en geclassificeerd als een metallurgische combinatie.

Classificatie van chemische warmtebehandeling

1. Indeling volgens het type geïnfiltreerde elementen

Dit kan worden onderverdeeld in verschillende methoden, waaronder carboneren, nitrerenBoroniseren, aluminiseren, zwavelen, carbonitreren, carbon-chroom composiet carboneren en meer.

2. Indeling naar type en volgorde van de geïnfiltreerde elementen

1. Infiltratie met één element

Zoals carboneren (carboneren per eenheid), boroniseren (boroniseren per eenheid), enz.

2. Binaire penetratie.

Het proces van het gelijktijdig infiltreren van twee elementen staat bekend als dubbele penetratie.

Wanneer koolstof en stikstof tegelijkertijd geïnfiltreerd worden, wordt dit carbonitreren genoemd (ook wel kortweg carbonitreren genoemd). Op dezelfde manier wordt het proces van gelijktijdige infiltratie van boor en aluminium boriumaluminiseren genoemd (ook wel kortweg boriumaluminiseren genoemd).

3. Penetratie met meerdere elementen.

Multi-element penetratie verwijst naar de gelijktijdige infiltratie van meer dan twee elementen.

Wanneer koolstof, stikstof en boor tegelijkertijd in een materiaal infiltreren, wordt dit carbonitreren genoemd.

4. Binaire samengestelde infiltratie.

Het infiltreren van een materiaal met twee elementen wordt samengestelde infiltratie met twee elementen genoemd.

Als bijvoorbeeld wolfraam en koolstof na elkaar worden geïnfiltreerd, staat het proces bekend als binaire infiltratie van wolfraam-koolstofcomposieten.

5. Samengestelde infiltratie met meerdere elementen.

Samengestelde infiltratie met meerdere elementen houdt de opeenvolgende infiltratie in van meer dan twee elementen.

De ternaire samengestelde infiltratie van stikstof, koolstof en zwavel is bijvoorbeeld een type samengestelde infiltratie met meerdere elementen.

3. Indeling naar de toestand van de penetrerende elementen van het actieve medium

1. Vaste methode

Met inbegrip van de poedervulmethode, pasta (slurry) methode, elektrische cycloon methode, enz.

2. Vloeistofmethode

Inclusief zoutbadmethode, elektrolytisch zoutbadmethode, elektrolysemethode voor waterige oplossingen, enz.

3. Gasmethode

Met inbegrip van vacuümmethode, methode met vast gas, indirecte gasmethode, mobiele ionenovenmethode, enz.

4. Ionenbeschietingsmethode

Het omvat carboneren met ionenbeschieting, nitreren met ionenbeschieting, metalliseren met ionenbeschieting, enz.

4. Classificatie volgens de veranderingskenmerken van de chemische samenstelling van het oppervlak

Diffusie-infiltratie kan worden ingedeeld in vier categorieën:

• Infiltratie van verschillende niet-metalen elementen.
• Infiltratie van verschillende metalen onderdelen.
• Gelijktijdige infiltratie van zowel metalen als niet-metalen elementen.
• Diffusie om onder andere onzuiverheden te elimineren.

5. Indeling volgens de fasestructuur gevormd door de infiltrerende elementen en de elementen in het staal

Er zijn twee mechanismen betrokken bij het proces van oppervlaktemodificatie van staal. Het eerste mechanisme is de vorming van vaste oplossingen doordat de infiltrerende elementen oplossen in het rooster van oplosbare elementen. Carbureren, carbonitreren en soortgelijke processen vallen onder deze categorie.

Het tweede mechanisme is reactiediffusie, dat twee subtypes kent.

Bij het eerste subtype reageren de infiltrerende elementen met de elementen in het staal om geordende fasen te vormen, ook wel metaalverbindingen genoemd. Nitreren, meestal nitreren genoemd, is een voorbeeld van dit subtype.

Het tweede subtype treedt op wanneer de oplosbaarheid van de infiltrerende elementen in het rooster van het oplosmiddelelement zeer laag is. In dit geval reageren de infiltrerende elementen met de elementen in het staal om samengestelde fasen te vormen. Boroniseren is een voorbeeld van dit subtype.

6. Classificeren volgens het effect/doel van infiltratie-elementen op oppervlakte-eigenschappen van stalen onderdelen

• Verbeter de hardheid en sterkte, vermoeiingssterkteen slijtvastheid van het werkstukoppervlak door technieken als carboneren, nitreren en carbonitreren toe te passen.
• De hardheid en slijtvastheid van het werkstukoppervlak verhogen door methodes als boren, vanaderen, niobium en andere.
• Verlaag de wrijvingscoëfficiënt en verbeter de antizuur- en krasbestendigheid van het werkstukoppervlak door technieken als zwavelen, oxideren en zwavel-stikstofpenetratiebehandeling toe te passen.
• De corrosiebestendigheid van het werkstukoppervlak verbeteren met technieken als siliconiseren, chromateren, nitreren en andere.
• De oxidatieweerstand bij hoge temperatuur van het werkstukoppervlak verbeteren door methoden als aluminiseren, chromateren, siliconiseren en andere.

7. Indeling volgens de structuur van staal tijdens chemische warmtebehandeling

Tabel 1 Classificatietabel gevormd volgens de structuurstatus van staal

Tabel 1 laat zien dat de chemische warmtebehandelingstemperatuur van staal in de ferriettoestand over het algemeen lager is dan 600 ℃, wat een chemische warmtebehandeling bij lage temperatuur wordt genoemd.

Aan de andere kant ligt de temperatuur van de chemische warmtebehandeling van staal in austenitische toestand meestal boven 600 ℃, wat bekend staat als chemische warmtebehandeling bij hoge temperatuur.

Chemische warmtebehandelingsprocessen bij lage temperatuur bieden verschillende voordelen, zoals een lagere behandelingstemperatuur, energiezuinigheid, minimale vervorming van het werkstuk, betere corrosiebestendigheid en anti-aangrijpingseigenschappen, een hogere hardheid en betere slijtage- en wrijvingsbestendigheid.

Bovendien wordt, zoals te zien is in tabel 1, de chemische warmtebehandeling van staal meestal genoemd naar de infiltratie van verschillende elementen, zoals carboneren, nitreren, carbonitreren, enzovoort.

Kenmerken van chemische warmtebehandeling

Vergeleken met methoden voor oppervlakteharding zoals het doven van het oppervlak en het versterken van de oppervlaktevervorming, vertoont het de volgende kenmerken.

• Door verschillende elementen toe te voegen, kunnen de chemische samenstelling en structuur van het werkstukoppervlak effectief worden aangepast om verschillende oppervlakte-eigenschappen te verkrijgen en zo te voldoen aan de prestatievereisten van het werkstuk onder verschillende bedrijfsomstandigheden.
• De diepte van de carboneringslaag bij een typische chemische warmtebehandeling kan worden aangepast op basis van de technische specificaties van het werkstuk en de samenstelling, structuur en prestaties van de carboneringslaag variëren geleidelijk van het oppervlak naar het inwendige. De carboneerlaag en de matrix worden metallurgisch met elkaar verbonden, wat resulteert in een sterke verbinding en het afschilferen van de oppervlaktelaag voorkomt.
• Chemische warmtebehandeling wordt meestal niet beperkt door de geometrische vorm van het werkstuk. Ongeacht de vorm kunnen de schaal en de binnenholte de noodzakelijke penetratielaag of lokale penetratielaag verkrijgen. Oppervlakteharden, walsen, koudpersen, koudwalsen en andere koudverhardingsbehandelingen worden daarentegen beperkt door de vorm van het werkstuk.
• De meeste chemische warmtebehandelingen hebben een kleine vervorming van het werkstuk, hoge precisie, goede maatvastheid en andere voordelen. Processen zoals nitreren, zacht nitreren, ionen nitreren en andere processen zorgen ervoor dat het werkstuk een hoge nauwkeurigheid, lage nauwkeurigheid en goede maatstabiliteit heeft. oppervlakteruwheiden goede dimensionale stabiliteit.
• Chemische warmtebehandeling kan de oppervlakte-eigenschappen van het werkstuk aanzienlijk verbeteren. De meeste chemische warmtebehandelingen kunnen de corrosiebestendigheid, oxidatiebestendigheid, wrijvingsvermindering, anti-aangrijping, corrosiebestendigheid en andere eigenschappen van de oppervlaktelaag van het werkstuk verbeteren en tegelijkertijd de mechanische eigenschappen van het oppervlak verbeteren.
• Algemene chemische warmtebehandeling heeft een belangrijker effect op het verbeteren van de kwaliteit van mechanische producten, het ontsluiten van het potentieel van materialen en het verlengen van de levensduur. Daarom kan het kostbare metalen materialen behouden, de kosten verlagen en economische voordelen stimuleren.
• De meeste chemische warmtebehandelingen zijn een complex fysisch, chemisch en metallurgisch proces. Het moet worden verhit in een specifiek actief medium door middel van fysische en chemische reacties op het grensvlak en metallurgische diffusie van buiten naar binnen. Als gevolg hiervan is het proces gecompliceerd, duurt de behandelingscyclus lang en wordt er veel apparatuur gevraagd.

Conclusie

Dit artikel richt zich voornamelijk op het definiëren, classificeren en benadrukken van de kenmerken van chemische warmtebehandeling.

Door deze fundamentele informatie te verstrekken, hopen we dat de lezers een dieper inzicht in het onderwerp krijgen.