Nitriditeräs: Merkitys, vertailu, sovellukset ja CNC-työstö

Nitraus tarkoittaa, että terästä voidaan käyttää nitrausprosessissa. Nitrausprosessi voi parantaa merkittävästi teräksen pinnan kovuutta, kulutuskestävyyttä ja väsymislujuutta lisäämällä kovia nitridikerroksia. Tämä riippuu kuitenkin käytetyistä teräslaaduista ja valituista nitrausmenetelmistä. Lue tämä opas nopeasti oppiaksesi yleiset nitratut teräslaadut ja niiden merkityksen CNC-työstössä.

Mikä on nitrattu teräs?

Nitrausteräs on erikoisterästä, joka on valmistettu nitrausprosessiin, jossa teräksen pinnalle muodostuu kova, kulutusta kestävä kerros diffuusioimalla typpeä teräkseen.

Nitrattavat teräkset ja nitrattavat seosteräkset

Nitriditeräkset kuuluvat nitrautuviin seosteräksiin. Molempia voidaan nitrata, kun taas nitrautuvilla teräksillä tarkoitetaan laajempaa teräsvalikoimaa, joka ei sovellu pelkästään nitrausprosessiin. Keskeinen ero on se, että nitrattu teräs valmistetaan erityisesti nitrausprosessia varten lisäämällä siihen Al-, Cr-, Mo-, V- ja Ti-seoselementtejä. Nitridittävissä olevilla seosteräksillä tarkoitetaan teräksiä, jotka soveltuvat nitraukseen, koska ne sisältävät tietyn määrän nitridejä muodostavia alkuaineita. Yleensä nitrauksen jälkeen nitratun teräksen pinnankovuus on parempi kuin nitratun teräksen.

Miksi teräksen nitraaminen on tärkeää koneistetuissa osissa?

Kuten aiemmin olemme käsitelleet, nitriditeräs sisältää valikoituja seosaineita, kuten Al, Cr, Mo ja V. Nämä lisätyt elementit voivat ehdottomasti vaikuttaa nitriditeräksen CNC-työstöön. Nämä seosaineet parantavat teräksen reagointia nitraukseen, lujuutta ja lopullista kulumiskestävyyttä. Ne voivat kuitenkin heikentää työstötehokkuutta ja lisätä työkalun kulumista ja työstövaikeuksia.

Nitridoivien terästen hyvät ja huonot puolet

Sopivia nitriditeräksiä valittaessa on otettava huomioon niiden edut ja haitat hankintaohjelmassa.

Etu: Vahva nitridointivaste

Al-, Cr-, Mo- ja V-seoselementit mahdollistavat teräksen nitraamisen ja vakaiden nitridien muodostumisen helpommin kuin tavallisten nitrautuvien terästen.

Nitridoivien terästen haitat

Korkeammat materiaalikustannukset

Seosaineiden lisääminen teräkseen voi johtaa monimutkaisempaan materiaalinvalmistusprosessiin. Lisääntynyt aika ja valmistusprosessit voivat nostaa materiaalikustannuksia.

Vaikeampi koneistaa

Lisätyt alumiini-, kromi-, molybdeeni- ja vanadiiniseoselementit voivat lisätä materiaalin lujuutta ja edistää kovan kovametallin muodostumista, mikä voi helposti aiheuttaa leikkaustyökalujen kulumista. Verrattuna muihin teräksiin, kuten vähähiiliseen teräkseen, nitrattu teräs vaatii suurempaa leikkausvoimaa.

Nitrausteräslaatujen vertailu

Kuten edellä mainittiin, nitridiseokset sisältävät alkuaineita, kuten Al, Cr, Mo, V ja Ti. Näiden alkuaineiden pitoisuudet vaihtelevat, mikä muuttaa teräksen ominaisuuksia, kuten pinnan kovuutta, kulutuskestävyyttä ja väsymislujuutta. Nämä ominaisuudet ovat ratkaisevan tärkeitä CNC-koneistuksen tarkkuusosille. Yksityiskohtia nitridoitavista teräksistä on annettu alla.

Yleiset nitrattavat teräslaadut

Yleisiä typetysteräslajeja ovat 34CrAlNi7, 31CrMoV9 ja Nitralloy 135M/N. Niillä kaikilla on erilaiset ominaisuudet typpikarkaisun kautta ja tietystä lajista riippuen.

1. 34CrAlNi7

Tämä on yleinen eurooppalainen nitriditeräs, joka sisältää kromia, alumiinia ja nikkeliä. Sillä on korkea kovuus, kulutuskestävyys ja hyvä ydinlujuus nitrauksen ansiosta. Yleisiä 34CrAlNi7-teräksen käyttökohteita ovat hammaspyörät, kampiakselit ja autonosat.

2. 31CrMoV9

Se sisältää kromia, molybdeeniä ja vanadiinia. Nitraus lisää sen lujuutta, sitkeyttä ja kulutuskestävyyttä. 31CrMoV9 sopii erinomaisesti voimakkaasti rasittuville osille, kuten hammaspyörille, akseleille ja kampiakseleille.

3. Nitralloy N,1,2

Nämä ovat alumiinia sisältäviä teräksiä ja Nitralloyssa on pieniä määriä vanadiinia. Nämä on suunniteltu maksimaalista pinnan kovuutta ja väsymislujuutta varten. Nitralloy-seokset sopivat täydellisesti työkaluihin, muotteihin, ilmailu- ja avaruusteollisuuden osiin sekä paljon kulutusta kestäviin autoteollisuuden osiin.

Nitrattavat seosteräslaadut

Nitrattava teräs on laajempi termi, jota käytetään seosteräksistä tai seostamattomista teräksistä, jotka voivat reagoida typen kanssa prosessin aikana. Työkaluteräkset ja ruostumattomat teräkset ovat yleisiä materiaaleja, joita voidaan nitrata. Yleisiä nitrattavia seosteräksiä ovat 31CrMo12, 41Cr4, 42CrMo4 ja muut alla selitettävät:

1. 31CrMo12-teräs

Se on yleiskäyttöinen nitriditeräs, joka sisältää kromia ja molybdeeniä. Sillä on hyvä kulutuskestävyys ja sitkeys, mikä on hyödyllistä erilaisissa koneenosissa.

2. 41Cr4 terästä

Se on kromipohjaista terästä, joka soveltuu nitraukseen. Sillä on korkea kulutuskestävyys ja sitä käytetään yleisesti akseleissa ja hammaspyörissä.

3. 42CrMo4-teräs

Se on hyvin yleinen teräs, jolla on hyvä ydinlujuus ja sitkeys. 42CrMo4:ää käytetään laajalti hammaspyörissä, akseleissa ja karoissa.

4. 20CrMoS4-teräs

Se on rikitetty versio 20CrMo:sta. 20CrMoS4:n työstettävyys on parantunut monimutkaisille osille, jotka vaativat edelleen nitrausta.

5. 20NiCrMo2-2 teräs

Se on nikkeli-kromi-molybdeeniteräs, jolla on korkea karkenevuus ja sitkeys. 20NiCrMo2-2:ta käytetään enimmäkseen vaihteissa ja kriittisissä komponenteissa.

Keskeiset tekijät nitridoitujen terästen valinnassa

Yllä olevasta sisällöstä voimme tietää, että nitriditeräksillä on monia eri laatuja. Mikä materiaali sitten on paras valinta? Oikea nitriditeräksen valinta perustuu itse asiassa käyttötarpeisiin, mekaaniseen suorituskykyyn, ympäristönkestävyyteen ja teräksen työstettävyyteen.

Vaadittu pinnan kovuus sovelluksen perusteella

Seosaineiden eri pitoisuudet voivat johtaa erilaisiin pinnan kovuuteen. Erityisesti alumiiniseosta sisältävä nitriditeräs voi muodostaa kovemman pinnan. Kun valitset sopivaa nitriditerästä suuren kosketuskuormituksen tai kulutuksen sovelluksissa käytettävien osien valmistukseen, voit valita teräsosiin teräksen, jossa on korkeampi alumiinipitoisuus.

Koneistusvaatimukset

Nitridoivia teräksiä valittaessa tärkeä tekijä on niiden työstämisen vaikeus. Myös mittatarkkuus ja komponentin monimutkaisuus on otettava huomioon. Nitridoitava teräs 4140 tunnetaan hyvästä työstettävyydestään ennen nitrausta. Alhainen lämpötila nitrauksessa vähentää vääntymistä verrattuna pintakarkaisuun. Mutta tarkat parametrit ovat tärkeitä johdonmukaisten tulosten saavuttamiseksi suurissa geometrioissa.

Ympäristötekijät

Korroosio ja lämpötila ovat tärkeimmät ympäristötekijät. Yleiset nitratut teräkset tarvitsevat lisäsuojausta kosteissa ympäristöissä. Ruostumaton nitrattu teräs voi toimia kosteissa paikoissa. Lämpötila määrää nitrausprosessin ja käyttörajat. Esimerkiksi tavallinen kaasunitraus suoritetaan 500–580 °C:ssa, kun taas pehmeänitraus vielä alhaisemmissa lämpötiloissa osan muodonmuutoksen minimoimiseksi.

Budjetit ja kustannukset

Se sisältää nitrausprosessin kokonaiskustannukset, jotka ovat materiaalikustannukset, käsittelyaika (kaasunitraus on pitkä) ja elinkaaren hyödyt (vähäinen huoltotarve kulutuskestävyyden ansiosta).

Nitrattujen terästen sovellukset

Nitrausteräksiä käytetään yleisesti eri teollisuudenaloilla osissa, joilta vaaditaan äärimmäistä kovuutta, kulutuskestävyyttä ja väsymislujuutta.

Mekaaniset osat

Nitrideillä kuormitettuja seoksia käytetään laajalti akseleissa, hammaspyörissä, nokka-akseleissa ja raskaissa koneenosissa niiden paremman lujuuden, kovuuden ja käyttöiän ansiosta.

Autonosat

Nitrausteräksiä käytetään vaihteissa, kampiakseleissa, nokka-akseleissa, venttiilien osissa, suuttimissa ja kytkinkomponenteissa. Ne lisäävät kulutuskestävyyttä ja vähentävät autonosien moottorin huoltotarvetta.

Ilmailun komponentit

Nitrausteräksiä käytetään laskutelineiden osissa, kiinnittimissä ja kriittisissä akseleissa. Ne parantavat väsymislujuutta ja turvallisuutta äärimmäisissä kuormissa ilmailu- ja avaruusteollisuuden osissa.

Teollisuuslaitteet

Nitridimetalliseoksia käytetään suulakepuristusruuveissa, muovimuovaustyökaluissa, taontamuoteissa, koneiden liukukiskoissa, karoissa ja akseleissa. Ne säilyttävät mittapysyvyyden ja tarkkuuden korkeissa lämpötiloissa ja jännityksissä.

Kuinka työstää nitrattuja teräksiä?

Kuten mainittiin, nitrattuja teräksiä käytetään laajalti monilla teollisuudenaloilla. Siksi CNC-työstö on välttämätön teknologia nitrattujen terästen osien valmistuksessa.

Nitraus antaa poikkeuksellisen pinnan kovuuden. Teräksen nitraus korkeissa lämpötiloissa, noin 500–540 °C:ssa, ja kaasumaisessa ympäristössä aiheuttaa kuitenkin pieniä vääristymiä ja materiaalimuutoksia. Tämä tarkoittaa, että lopullisten mittojen saavuttaminen karkaisun jälkeen on vaikeaa yksinkertaisella leikkauksella. Siksi nitrausteräksen CNC-työstö jaetaan kahteen vaiheeseen:

1. esinitraustyöstö rouhintaan,
2. nitrauksen jälkeinen tarkkuustyöstö hiontaan ja hoonaustyöhön.

Tämä tehdään lopullisten toleranssien ja pinnanlaadun saavuttamiseksi karkaistussa kotelossa.

Valitse sopivat nitriditeräkset

Halutun kotelosyvyyden ja kovuuden saavuttamiseksi on tärkeää valita nitraukseen sopiva teräs, kuten 4140 (Cr-Mo), tai erikoisteräkset, kuten Ovakon hybriditeräs, jotka sisältävät nitridinmuodostajia, kuten Al, Cr, Mo ja V.

Määritä koneistusvaatimukset

Määrittele esimerkiksi rouhintavaatimukset ja koneista lähes lopullisiin mittoihin. Tämä jättää pienen 0.1–0.3 mm:n varastovaran kriittisten pintojen nitrauksen jälkeistä hiontaa varten. Ennen nitrausta luo kierteet, kiilaurat, reiät ja terävät kulmat haurauden ja kotelon kasvun estämiseksi.

Valitse sopivat CNC-työstömenetelmät

Yleisiä terästen nitraamiseen käytettyjä CNC-työstömenetelmiä ovat CNC-jyrsintä ja sorvaus. Materiaalin poistamiseen käytetään tavallisia kovametalli- ja pinnoitettuja työkaluja. Reikien tekemiseen käytetään porausta ja avarrusta. Typettämisen jälkeen tehdään jälkikäsittely, kuten hionta CBN- tai timanttilaikoilla ja hoonaus lopullisen mittatarkkuuden saavuttamiseksi.

Pintakäsittely

Normaalisti pinta puhdistetaan ja siihen levitetään öljy- tai passivointipinnoitteet estäen nyt kovettunut pinta ruostumiselta ennen lopullista kokoonpanoa.

Miksi tarvitset nitrattuja teräsosia?

Typpiä käytetään yleisesti moniin tarkoituksiin. Esittelemme sinulle nitrattujen teräsosien edut.

Korkea pintakovuus

Nitrauksen jälkeen nitrattujen teräsosien pintakovuus on suurempi, minkä ansiosta ne kestävät suuria kosketuskuormia ja vähentävät paikallisen plastisen muodonmuutoksen riskiä korkeassa paineessa.

Erinomainen kulutuskestävyys

Kova nitrattu kerros voi vähentää hankauskulumista, adheesiokulumista ja naarmuuntumista siirtymäosien, kuten hammaspyörien, akseleiden, holkkien ja tappien, välillä.

Parempi väsymysvoima

Käytännön sovelluksissa käyttöikä ja suorituskyky ovat erittäin tärkeitä tekijöitä osien valinnassa. Kova nitridipinta voi vähentää vetojännityksen vaikutusta ja siten halkeilun todennäköisyyttä.

Valitse Tuofa One-Stop -ratkaisu

Typpiteräsosien räätälöinnin keskeinen vaihe on luotettavan toimittajan löytäminen. Tuofa tarjoaa kokonaisvaltaisia ​​ratkaisuja asiantuntijaohjauksesta materiaalivalintaan, suunnittelun optimointiin, nopeaan prototyyppien valmistukseen, tarkkuus-CNC-koneistukseen ja lopulliseen pintakäsittelyyn typpiteräsprojektiisi.

Tuofa CNC tukee nitrattuja teräsosiasi seuraavista lähteistä:

Tarkkuustyöstö teräsosat

• Koneistuksen tarkkuus: Yli 20 vuoden valmistuskokemuksella ja erittäin tarkoilla koneistuslaitteilla Tuofa voi saavuttaa jopa ±0.01 toleranssin.
• Tiukka tarkastusjärjestelmä: Tuofa vaatii kaksi täydellistä tarkastusta ennen pintakäsittelyä ja sen jälkeen.

Sileä nitrauspinta

Tuofa CNC tarjoaa CNC-koneistuspalveluiden lisäksi myös pintakäsittelypalveluita , joten sinun ei tarvitse käyttää ylimääräistä aikaa toisen typetysviimeistelytoimittajan etsimiseen.

Yhteenveto

Nitraus on kriittinen pintakäsittely CNC-koneistetuille osille. Se diffundoi typpeä teräkseen luoden erittäin kovan kerroksen, joka lisää entisestään kulumis- ja väsymiskestävyyttä. Se parantaa myös korroosionkestävyyttä ilman merkittäviä mittamuutoksia, mikä on tärkeää ilmailu-, auto- ja työkalusovelluksissa. Nitraus tapahtuu alhaisemmissa lämpötiloissa (500–580 °C) verrattuna pintakarkaisuun. Tämä säilyttää ydinominaisuudet ja erinomaisen mittapysyvyyden, mikä on ihanteellista monimutkaisille ja tarkkuusosille. Nitrauksen jälkeistä tarkkuustyöstöä käytetään teräksiin mittatarkkuuden lisäämiseksi ja osan käyttöiän pidentämiseksi merkittävästi.

FAQ

Mitä on ruostumattoman teräksen nitraus?

Nitratut ruostumattomat teräkset voivat korkeissa lämpötiloissa diffundoida typpeä pintaansa kovuuden, kulutuskestävyyden ja korroosionkestävyyden lisäämiseksi.

Pidetäänkö 4140 nitriditeräksenä?

Kyllä, 4140-teräs on hyvin yleinen nitriditeräs. Sen kromi- ja molybdeenipitoisuus edistää kovien nitridikerrosten muodostumista ja parantaa pinnan kovuutta, kulutuskestävyyttä ja väsymislujuutta.

Voidaanko 1018-terästä nitrata?

Kyllä, 1018-terästä voidaan nitrata. Mutta se on vähähiilinen teräs, eikä sillä saavuteta runsasseosteisten terästen äärimmäistä kovuutta.

Miten teräksiä nitridoidaan?

Teräksen nitridoimiseksi seosteräsosat kuumennetaan typpipitoisessa ympäristössä (kuten ammoniakkikaasussa tai plasmassa) 500–600 °C:n lämpötilassa tuntikausia. Tämä mahdollistaa typen diffuusion pintaan ja erittäin kovien metallinitridejen muodostumisen. Nämä nitridit lisäävät kulutuskestävyyttä, mutta aiheuttavat vain vähän muodonmuutoksia.

Onko nitrattu hiiliteräs turvallinen?

Kyllä, se on turvallinen monissa tilanteissa. Se ei kuitenkaan ole paras valinta elintarvikelaitteille, elintarvikelaatuinen ruostumaton teräs on parempi.