Азотирование стали: важность, сравнение, области применения и обработка на станках с ЧПУ.

Азотирование стали означает, что сталь может быть использована для процесса азотирования. Процесс азотирования может значительно улучшить твердость поверхности, износостойкость и усталостную долговечность стали за счет образования твердых нитридных слоев. Однако это зависит от используемых марок стали и выбранных методов азотирования. Прочитайте это руководство, чтобы быстро узнать о распространенных марках стали для азотирования и их важности в обработке на станках с ЧПУ.

Что такое азотирование стали?

Азотируемая сталь — это специализированная легированная сталь, подготовленная для процесса азотирования, в результате которого на поверхности стали образуется твердый, износостойкий слой за счет диффузии азота в сталь.

Азотируемые стали и азотируемые легированные стали

Азотируемые стали относятся к азотируемым легированным сталям. Оба типа стали могут быть азотированы, однако азотируемые стали — это более широкий спектр сталей, не только предназначенных для процесса азотирования. Ключевое различие заключается в том, что азотируемая сталь изготавливается специально для процесса азотирования путем добавления легирующих элементов Al, Cr, Mo, V, Ti. В свою очередь, азотируемые легированные стали — это стали, пригодные для азотирования благодаря содержанию определенного количества нитридообразующих элементов. Как правило, после процесса азотирования твердость поверхности азотируемой стали выше, чем у азотируемой стали.

Почему азотирование стали важно при механической обработке деталей?

Как мы уже обсуждали ранее, азотированная сталь содержит определенные легирующие элементы, такие как Al, Cr, Mo, V. Эти добавленные элементы, безусловно, могут влиять на обработку азотированной стали на станках с ЧПУ. Легирующие элементы улучшают реакцию стали на азотирование, прочность и износостойкость. Однако они могут снижать эффективность обработки, увеличивая износ инструмента и сложность обработки.

Преимущества и недостатки азотирования стали

При выборе подходящих азотируемых сталей следует учитывать их преимущества и недостатки для вашей программы закупок.

Преимущество: Высокая скорость азотирования.

Легирующие элементы алкидной стали, хрома, молибдена и ванадия позволяют азотируемой стали образовывать стабильные нитриды легче, чем обычным азотируемым сталям.

Недостатки азотирования сталей

Более высокая стоимость материалов

Добавление легирующих элементов в сталь может привести к усложнению процесса производства материала. Увеличение времени и производственных процессов может повысить стоимость материала.

Более сложная обработка

Добавление легирующих элементов, таких как алюминий, хром, молибден и ванадий, может повысить прочность материала и способствовать образованию твердых карбидов, что легко приводит к износу режущего инструмента. По сравнению с другими видами стали, например, низкоуглеродистой сталью, азотированная сталь требует большей силы резания.

Сравнение марок стали для азотирования

Как упоминалось выше, азотируемые сплавы содержат такие элементы, как Al, Cr, Mo, V, Ti. Содержание этих элементов различно, что изменяет свойства стали, такие как твердость поверхности, износостойкость и усталостная прочность. Эти характеристики имеют решающее значение для прецизионных деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ. Подробная информация об азотируемых сталях приведена ниже.

Распространенные марки стали для азотирования

К наиболее распространенным азотируемым сталям относятся 34CrAlNi7, 31CrMoV9 и Nitralloy 135M/N. Все они обладают различными свойствами, обусловленными азотированием, и зависят от конкретной марки стали.

1. 34CrAlNi7

Это распространенная в Европе азотированная сталь с добавлением хрома, алюминия и никеля. Она обладает высокой твердостью, износостойкостью и хорошей прочностью сердцевины благодаря азотированию. Сталь 34CrAlNi7 обычно используется для изготовления шестерен, коленчатых валов и автомобильных деталей.

2. 31CrMoV9

В его состав входят хром, молибден и ванадий. Азотирование повышает его прочность, ударную вязкость и износостойкость. Сталь 31CrMoV9 идеально подходит для деталей, подвергающихся высоким нагрузкам, таких как шестерни, валы и коленчатые валы.

3. Нитраллой N,1,2

Это стали, содержащие алюминий, а нитраллой — небольшое количество ванадия. Они разработаны для достижения максимальной твердости поверхности и усталостной прочности. Нитраллой идеально подходит для инструментов, штампов, деталей аэрокосмической отрасли и деталей автомобилей, подверженных сильному износу.

Азотируемые легированные стали различных марок

Азотируемая сталь — это более широкий термин, используемый для обозначения легированных или нелегированных сталей, способных реагировать с азотом в процессе азотирования. Инструментальные стали и нержавеющие стали — распространенные материалы, которые можно азотировать. К распространенным азотируемым легированным сталям относятся 31CrMo12, 41Cr4, 42CrMo4 и другие, описанные ниже:

1. Сталь 31CrMo12

Это универсальная азотируемая сталь, содержащая хром и молибден. Она обладает хорошей износостойкостью и ударной вязкостью, что делает её пригодной для изготовления различных деталей машин.

2. Сталь 41Cr4

Это хромосодержащая сталь, пригодная для азотирования. Она обладает высокой износостойкостью и широко используется в валах и зубчатых передачах.

3. Сталь 42CrMo4

Это очень распространенная сталь с хорошей прочностью и ударной вязкостью. Сталь 42CrMo4 широко используется для изготовления шестерен, валов и шпинделей.

4. Сталь 20CrMoS4

Это сульфидированная версия 20CrMo. 20CrMoS4 обладает улучшенной обрабатываемостью для сложных деталей, которые все еще нуждаются в азотировании.

5. Сталь 20NiCrMo2-2

Это никель-хром-молибденовая сталь, обладающая высокой закаливаемостью и ударной вязкостью. Сталь 20NiCrMo2-2 в основном используется для изготовления шестерен и ответственных компонентов.

Ключевые факторы выбора азотированной стали

Из вышеизложенного следует, что азотируемые стали выпускаются в различных марках. Какой же материал лучше всего подойдет вам? На самом деле, правильный выбор азотируемой стали зависит от потребностей применения, механических характеристик, устойчивости к воздействию окружающей среды и обрабатываемости стали.

Требуемая твердость поверхности зависит от области применения.

Различное содержание легирующих элементов может приводить к различной твердости поверхности. В частности, азотированная сталь, содержащая легирующий элемент алюминий, может образовывать более твердую поверхность. При выборе подходящей азотированной стали для изготовления деталей, используемых в условиях высоких контактных нагрузок или сильного износа, можно выбрать сталь с более высоким содержанием алюминия.

Требования к обработке

При выборе азотируемых сталей важным фактором является сложность или простота механической обработки. Также следует учитывать точность размеров и сложность детали. Азотируемая сталь 4140 известна своей хорошей обрабатываемостью до азотирования. Низкая температура азотирования уменьшает деформацию по сравнению с поверхностной закалкой. Однако для получения стабильных результатов при обработке деталей больших размеров важны точные параметры.

Факторы окружающей среды

Коррозия и температура являются наиболее важными факторами окружающей среды. Обычные азотируемые стали нуждаются в дополнительной защите во влажных средах. Нержавеющая азотируемая сталь может работать во влажных местах. Температура определяет процесс азотирования и рабочие пределы. Например, стандартное газовое азотирование проводится при температуре 500-580°C, в то время как мягкое азотирование выполняется при еще более низких температурах для минимизации деформации детали.

Бюджеты и расходы

В нее входят общая стоимость процесса азотирования, которая включает в себя стоимость материалов, время обработки (длительное для газового азотирования) и преимущества жизненного цикла (низкие затраты на техническое обслуживание благодаря износостойкости).

Области применения азотирования сталей

Азотированные стали широко используются в различных отраслях промышленности для изготовления деталей, требующих исключительной твердости, износостойкости и усталостной прочности.

Механические части

Азотированные сплавы широко используются в валах, шестернях, кулачках и элементах тяжелых машин благодаря своей повышенной прочности, твердости и сроку службы.

Автокомпоненты

Азотированные стали используются в шестернях, коленчатых валах, распределительных валах, деталях клапанов, форсунках, компонентах сцепления. Они повышают износостойкость и снижают затраты на техническое обслуживание автомобильных деталей двигателя.

Компоненты для авиакосмической промышленности

Азотированные стали используются в деталях шасси, крепежных элементах и ​​ответственных валах. Они повышают усталостную прочность и безопасность при экстремальных нагрузках в аэрокосмических деталях.

Промышленное оборудование

Азотированные сплавы используются в экструзионных шнеках, инструментах для литья пластмасс, ковочных штампах, направляющих станков, шпинделях и валах. Они обеспечивают стабильность размеров и точность при высоких температурах и напряжениях.

Как правильно обрабатывать азотированную сталь?

Как уже упоминалось, азотированные стали широко используются во многих отраслях промышленности. Поэтому обработка на станках с ЧПУ является незаменимой технологией для изготовления деталей из азотированных сталей.

Азотирование обеспечивает исключительную твердость поверхности. Однако азотирование стали при высоких температурах около 500-540°C и в газовой среде вызывает незначительные деформации и изменения материала. Это означает, что после закалки простым резанием трудно получить окончательные размеры. Поэтому обработка азотированной стали на станках с ЧПУ делится на два этапа:

1. Предварительная азотированная обработка для черновой обработки элементов.
2. Прецизионная обработка после азотирования, шлифовка и хонингование.

Это делается для достижения окончательных допусков и качества поверхности закаленного слоя.

Выберите подходящую азотированную сталь.

Выбор стали для азотирования, такой как 4140 (хром-молибден), или специализированных сталей, например, гибридной стали Ovako, содержащих нитридообразующие примеси, такие как Al, Cr, Mo и V, является ключевым шагом для достижения желаемой глубины поверхностного слоя и твердости.

Определение требований к обработке

Определите требования, например, к черновой обработке, механической обработке до получения почти окончательных размеров. Это позволит оставить небольшой припуск в 0.1-0.3 мм для последующей шлифовки критически важных поверхностей после азотирования. Перед азотированием нарежьте резьбу, сделайте шпоночные пазы, отверстия и заточите острые углы, чтобы избежать хрупкости, которая может повлиять на рост поверхностного слоя.

Выберите подходящие методы обработки на станках с ЧПУ.

К распространенным методам обработки на станках с ЧПУ для азотирования стали относятся фрезерование и токарная обработка. Для удаления материала используются стандартные твердосплавные и покрытые инструменты. Для создания отверстий применяются сверление и расточка. После азотирования проводится постобработка, такая как шлифовка с использованием CBN-шлифовальных или алмазных шлифовальных кругов и хонингование, для достижения окончательной точности размеров.

Обработка поверхности

Обычно поверхность очищают и наносят защитные покрытия из масла или пассивирующего состава, чтобы предотвратить ржавление затвердевшей поверхности перед окончательной сборкой.

Зачем нужны детали из азотированной стали?

Азотирование широко применяется в самых разных целях. Позвольте нам рассказать вам о преимуществах азотированных стальных деталей.

Высокая твердость поверхности

После азотирования азотированные стальные детали обладают более высокой твердостью поверхности, что позволяет им выдерживать высокие контактные нагрузки и снижает риск локальной пластической деформации под высоким давлением.

Отличная износостойкость

Твердое азотированное покрытие может уменьшить абразивный износ, адгезионный износ и заедание между переходными элементами, такими как шестерни, валы, втулки и штифты.

Улучшенная усталостная прочность

В практических приложениях срок службы и эксплуатационные характеристики являются очень важными факторами при выборе деталей. Твердая нитридная поверхность может уменьшить воздействие растягивающих напряжений, снижая вероятность образования трещин.

Выберите комплексное решение от Tuofa.

Ключевым этапом при изготовлении деталей из азотированной стали на заказ является поиск надежного поставщика. Компания Tuofa предлагает комплексные решения: от экспертной консультации и выбора материалов до оптимизации конструкции, быстрого прототипирования, высокоточной обработки на станках с ЧПУ и окончательной обработки поверхности для вашего проекта по азотированию стали.

Компания Tuofa CNC производит комплектующие для азотированной стали следующих типов:

Детали из стали, изготовленные методом прецизионной обработки.

• Точность обработки: Благодаря более чем 20-летнему опыту производства и высокоточному обрабатывающему оборудованию, компания Tuofa может обеспечить допуск даже ±0.01.
• Внедрена строгая система контроля: компания Tuofa требует проведения двух полных проверок до и после обработки поверхности.

Гладкая поверхность после азотирования

Компания Tuofa CNC предоставляет не только услуги по обработке на станках с ЧПУ , но и дополнительные услуги по финишной обработке поверхности , поэтому вам не нужно тратить дополнительное время на поиск другого поставщика услуг по азотированию.

Заключение

Азотирование — это важнейшая обработка поверхности деталей, изготовленных на станках с ЧПУ. Оно обеспечивает диффузию азота в сталь, создавая сверхтвердый слой, который дополнительно повышает износостойкость и усталостную прочность. Кроме того, оно улучшает коррозионную стойкость без существенного изменения размеров, что важно для аэрокосмической, автомобильной и инструментальной промышленности. Азотирование происходит при более низких температурах (500-580°C) по сравнению с цементацией. Это сохраняет основные свойства и обеспечивает превосходную стабильность размеров, что идеально подходит для сложных и прецизионных деталей. После азотирования применяется прецизионная механическая обработка стали для повышения точности размеров и значительного увеличения срока службы детали.

FAQ

Что такое азотирование нержавеющей стали?

Азотированная нержавеющая сталь – это сталь, в поверхность которой при высоких температурах проникает азот, что повышает твердость, износостойкость и коррозионную стойкость.

Считается ли сталь 4140 азотируемой?

Да, сталь 4140 очень часто используется для азотирования. Содержание хрома и молибдена способствует образованию твердых нитридных слоев и повышает твердость поверхности, износостойкость и усталостную прочность.

Можно ли азотировать сталь марки 1018?

Да, сталь 1018 может быть азотирована. Но это низкоуглеродистая сталь, и она не может достичь такой же высокой твердости, как высоколегированные стали.

Как азотировать сталь?

Для азотирования стали детали из легированной стали нагревают в среде, богатой азотом (например, аммиаком или плазмой), при температуре 500-600°C в течение нескольких часов. Это позволяет азоту диффундировать в поверхность и образовывать чрезвычайно твердые металлические нитриды. Эти нитриды повышают износостойкость, но вызывают минимальную деформацию.

Безопасна ли азотированная углеродистая сталь?

Да, во многих случаях это безопасно. Однако это не лучший выбор для пищевых приборов, лучше использовать нержавеющую сталь пищевого качества.