Apa itu Gas Nitridasi? Parameter Proses dan Pemilihan Baja Nitridasi

Apa itu Gas Nitridasi?

Nitridasi gas adalah proses pengerasan permukaan termokimia yang diperkenalkan di Jerman pada tahun 1923 dan masih merupakan salah satu metode yang paling banyak digunakan untuk menghasilkan permukaan-tahan aus pada komponen baja. Bagian-bagian tersebut dimasukkan ke dalam tungku tertutup dan gas amonia dimasukkan, di mana ia berdisosiasi pada suhu menjadi atom nitrogen dan hidrogen. Nitrogen berdifusi ke permukaan baja dan membentuk nitrida dengan elemen paduan yang sudah ada dalam material. Karena pengerasan bergantung pada kandungan paduan baja dan bukan pada tahap pendinginan, proses dilakukan pada suhu yang relatif rendah, distorsi kecil dan tidak diperlukan perlakuan panas tambahan setelah nitridasi.

Perlakuan ini biasanya diterapkan pada komponen yang harus tahan terhadap keausan geser, erosi atau kelelahan sambil mempertahankan inti yang kuat, seperti roda gigi, poros, sekrup dan barel ekstrusi, bagian katup, dan komponen cetakan.

Parameter Proses

Efisiensi proses bergantung pada seberapa banyak amonia yang terdisosiasi di permukaan. Laju aliran gas yang lebih tinggi menurunkan derajat disosiasi, sedangkan laju aliran yang lebih rendah menaikkannya; suhu yang lebih tinggi juga meningkatkan laju disosiasi dan menguranginya pada suhu yang lebih rendah. Karena tungku mencapai suhu kerjanya secara perlahan, potensi nitrogen pada awal siklus dapat sangat berbeda dari nilai pada akhir siklus, dan oleh karena itu disosiasi amonia dipantau dan dikendalikan selama pengolahan. Siklus dua-tahap, dengan potensial nitrogen lebih tinggi di awal dan potensial nitrogen lebih rendah setelahnya, digunakan untuk membatasi ketebalan lapisan senyawa rapuh.

Struktur dan Properti Lapisan

Nitridasi menghasilkan lapisan ganda yang khas. Di permukaannya terdapat senyawa atau lapisan putih, terdiri dari fase besi nitrida, yang sangat keras tetapi juga rapuh. Di bawahnya terdapat zona difusi, tempat nitrogen dilarutkan dan diendapkan sebagai paduan nitrida halus, dan memberikan dukungan kelelahan dan bantalan beban pada permukaan. Pada baja nitridasi, kekerasan lapisan majemuk biasanya berkisar antara 1000 hingga 1200 HV, dan kedalaman wadah ditentukan sesuai dengan aplikasinya, biasanya pada kisaran 0,1 mm hingga 0,6 mm.

Kerapuhan lapisan majemuk merupakan batasan nyata. Lapisan putih yang tebal cenderung terkelupas akibat pembebanan benturan dan sulit untuk digiling, serta permukaan menjadi kasar selama perawatan yang lama. Jika suatu komponen terkena beban kejut, lapisan kompon biasanya dijaga tetap tipis atau dihilangkan seluruhnya setelah perlakuan, sehingga hanya mempertahankan zona difusi.

Baja Manakah yang Dapat Dinitridasi?

Nitridasi bergantung pada keberadaan-elemen pembentuk nitrida dalam baja. Aluminium, kromium, molibdenum, dan vanadium adalah bahan-bahan yang penting, dan kadar yang mengandung bahan-bahan tersebut memberikan respons yang kuat. Baja nitridasi-aluminium seperti kelas kromium-molibdenum-aluminium yang tercakup dalam GB/T 3077 adalah pilihan klasik, dan spesifikasi pengiriman di Jepang yang terkait mencakup baja nitridasi aluminium-kromium-molibdenum dan kelas baja mati kerja panas kromium-molibdenum, yang sering kali dinitridasi untuk ketahanan aus.

Sebelum nitridasi, komponen biasanya didinginkan dan ditempa, atau dikeraskan dan dikuatkan, sehingga inti memiliki sifat mekanik yang diperlukan. Karena aluminium, kromium dan molibdenum meningkatkan suhu transformasi, suhu pendinginan lebih tinggi dibandingkan baja struktural biasa dan suhu temper juga meningkat, sehingga inti tidak melunak selama ditahan lama pada suhu nitridasi. Alasan kedua dilakukannya perlakuan panas sebelumnya adalah kerapuhan temper: pemanasan berkepanjangan pada suhu nitridasi dapat melemahkan baja paduan tertentu, dan kondisi temper dipilih sesuai dengan itu.

Penerapan dan Batasan Praktis

Sekrup ekstrusi dan barel untuk mesin cetak injeksi plastik, dimana bagian pengumpan dan penerbangan sekrup aus terhadap lubang barel

Roda gigi, poros cacing, dan komponen splined yang memerlukan permukaan keras dengan inti yang kuat

Komponen cetakan dan cetakan, semak pemandu dan pin ejektor

Lapisan silinder, batang katup, dan bagian pompa, yang memiliki lapisan permukaan-yang tahan korosi sangat bermanfaat

Kelemahan utamanya adalah waktu siklus yang panjang dan biaya yang ditimbulkan, rendahnya efisiensi nitrogen di atmosfer amonia, permukaan kasar yang timbul pada perawatan yang lama, dan kesulitan dalam pengerjaan mesin pada lapisan yang mengeras setelahnya. Oleh karena itu, izin penggilingan harus direncanakan sebelum nitridasi, dan area yang harus tetap lunak, seperti benang dan diameter lokasi, ditutup atau dilindungi.

Pertanyaan Umum

T: Berapa suhu yang digunakan untuk nitridasi gas?
Nitridasi gas biasanya dilakukan antara 500 dan 550 derajat Celcius dalam atmosfer amonia, dengan durasi yang diatur sesuai dengan kedalaman wadah yang diperlukan.

T: Mengapa nitridasi tidak memerlukan pendinginan?
Pengerasan berasal dari pengendapan nitrida di lapisan permukaan, yang terbentuk selama pengolahan itu sendiri, sehingga tidak ada tahap pendinginan yang cepat dan oleh karena itu sangat sedikit distorsi yang terjadi.

Q: Apa perbedaan antara lapisan majemuk dan zona difusi?
Lapisan majemuk adalah lapisan permukaan besi nitrida yang tipis, sangat keras dan rapuh; zona difusi di bawahnya mengandung nitrogen terlarut dan paduan nitrida halus dan menopang lapisan permukaan.

T: Baja manakah yang cocok untuk nitridasi?
Baja yang mengandung elemen pembentuk nitrida-seperti aluminium, kromium, molibdenum, dan vanadium, termasuk kadar aluminium kromium-molibdenum-dan baja cetakan pengerjaan panas tertentu, memberikan respons terbaik terhadap perlakuan ini.

T: Mengapa baja dipadamkan dan ditempa sebelum dinitridasi?
Untuk memberikan inti kekuatan dan ketangguhan yang diperlukan dan untuk memastikan bahwa inti tidak melunak atau menjadi rapuh jika disimpan dalam waktu lama pada suhu nitridasi.

T: Apa keterbatasan utama gas nitridasi?
Waktu siklus yang lama, biaya yang relatif tinggi, lapisan permukaan yang rapuh sehingga sulit untuk digiling, dan permukaan yang menjadi kasar setelah perawatan dalam waktu lama.