Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Termodynamiczne i kinetyczne aspekty regulowanego azotowania gazowego

Michalski Jerzy, Tacikowski Jan

Inżynieria Powierzchni

|

2019

|

nr 1

3--10

PL

W artykule porównano dwuskładnikowe atmosfery wlotowe rozcieńczane zdysocjowanym amoniakiem (NH3/NH3zd) oraz azotem (NH3/N2). W atmosferach NH3/NH3zd rozporządzalność azotu regulowano zmieniając stopień rozcieńczenia atmosfery wlotowej zdysocjowanym amoniakiem. W atmosferach wlotowych NH3/N2 rozporządzalność azotu regulowano również zmieniając stopień rozcieńczenia azotem atmosfery wlotowej. W artykule wykazano między innymi, jeżeli w pierwszym stopniu procesu wartość potencjału przyjmuje wartości z obszaru trwałości fazy γ’, towarzyszy temu ograniczenie kinetyki wzrostu warstwy azotowanej. Ograniczenie to występuje również po wzroście potencjału do wartości z obszaru trwałości fazy ε. W odróżnieniu od atmosfery rozcieńczanej zdysocjowanym amoniakiem, nie ma znaczenia, czy w pierwszym stopniu procesu rozporządzalność azotu jest niska a w drugim stopniu wysoka czy też odwrotnie, końcowy efekt procesu pod względem parametrów warstwy azotowanej jak i pod względem kinetyki wzrostu grubości warstwy azotowanej jest taki sam. Świadczy to o uniwersalności atmosfer azotujących uzyskanych z dwuskładnikowej atmosfery wlotowej rozcieńczanej azotem.

EN

The article compares two-component inlet atmospheres diluted with dissociated ammonia (NH3/NH3zd) and nitrogen (NH3/N2). In NH3/NH3zd atmospheres, nitrogen availability was controlled by varying the degree of dilution of the inlet atmosphere by dissociated ammonia. In NH3/N2 inlet atmospheres, the nitrogen availability was also controlled by varying the nitrogen dilution rate of the inlet atmosphere. The article shows, among others, that if in the first stage of the process the value of the potential takes the values from the γ ' phase stability area, it is accompanied by the limitation of the nitrided layer growth kinetics. This limitation also occurs after an increase of the potential to the values from the ε phase stability area. In contrast to the atmosphere diluted with dissociated ammonia, it does not matter whether the nitrogen availability is low in the first stage of the process and high in the second stage, or vice versa, the final process effect in terms of nitriding layer parameters and also in terms of the kinetics of nitrided layer thickness increase is the same. This demonstrates the universality of the nitriding atmospheres obtained from the two-component inlet atmosphere diluted with nitrogen.

2

Nitrogen Availability Of Nitriding Atmosphere In Controlled Gas Nitriding Processes

Michalski J., Burdyński K., Wach P., Łataś Z.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

747--754

EN

Parameters which characterize the nitriding atmosphere in the gas nitriding process of steel are: the nitriding potential KN, ammonia dissociation rate α and nitrogen availability mN2. The article discusses the possibilities of utilization of the nitriding atmosphere’s nitrogen availability in the design of gas nitriding processes of alloyed steels in atmospheres derived from raw ammonia, raw ammonia diluted with pre-dissociated ammonia, with nitrogen, as well as with both nitrogen and pre-dissociated ammonia. The nitriding processes were accomplished in four series. The parameters selected in the particular processes were: process temperature (T), time (t), value of nitriding potential (KN), corresponding to known dissociation rate of the ammonia which dissociates during the nitriding process (α). Variable parameters were: nitrogen availability (mN2), composition of the ingoing atmosphere and flow rate of the ingoing atmosphere (FIn).

PL

Parametrami charakteryzującymi atmosferę azotującą w procesie azotowania gazowego stali są: potencjał azotowy KN, stopień dysocjacji amoniaku α oraz rozporządzalność azotu mN2. W artykule omówiono możliwości wykorzystania rozporządzalności azotu atmosfery azotującej w projektowaniu procesów azotowania gazowego stali stopowych w atmosferach azotujących uzyskanych z amoniaku, z amoniaku rozcieńczonego zdysocjowanym amoniakiem, azotem oraz azotem i zdysocjowanym amoniakiem. Procesy azotowania wykonano w czterech seriach. Parametrami ustalonymi w poszczególnych seriach była temperatura procesu (T), czas (t), wartość potencjału azotowego (KN), któremu odpowiada określona wartość stopnia dysocjacji amoniaku zdysocjowanego podczas procesu azotowania (α). Parametrami zmiennymi była rozporządzalność azotu (mN2), skład atmosfery wlotowej i natężenie przepływu atmosfery azotującej wlotowej (Fw).

3

Rozporządzalność azotu jako parametr uzupełniający kontrolę procesów azotowania gazowego w atmosferach rozcieńczanych azotem

Burdyński K., Michalski J., Łataś Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

657--660

PL

Atmosferę azotującą, niezależnie od jej rodzaju, charakteryzują trzy główne parametry: potencjał azotowy Np, stopień dysocjacji amoniaku α oraz rozporządzalność azotu atmosfery azotującej mN2. W atmosferach amoniaku i amoniaku rozcieńczonego amoniakiem zdysocjowanym wartość potencjału jest tożsama z rozporządzalnością azotu. W tych atmosferach zmianie rozporządzalności zawsze towarzyszy zmiana potencjału azotowego. W związku z tym w przypadku atmosfer amoniaku i amoniaku rozcieńczonego amoniakiem zdysocjowanym potencjał azotowy jest głównym parametrem charakteryzującym atmosferę azotująca. W atmosferze amoniaku rozcieńczonego azotem wraz ze zmianą zawartości amoniaku zmienia się wartość rozporządzalności azotu, natomiast nie zmienia się potencjał. Dlatego w atmosferach rozcieńczanych azotem parametrem kontrolującym proces azotowania gazowego jest rozporządzalność azotu, co ma szczególne znaczenie w przypadku gdy celem procesu jest uzyskanie warstwy azotowanej z ograniczoną grubością warstwy azotków żelaza. W artykule omówiono metody ograniczenia grubości przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza w atmosferach amoniaku rozcieńczonego amoniakiem zdysocjowanym i azotem.

EN

Nitriding atmosphere, regardless of the type, is characterized by three main parameters: the nitriding potential Np, the degree of dissociation of ammonia α and nitrogen availability mN2. In the NH3 and NH3-NH3diss atmospheres nitriding potential value is the same as nitrogen availability. In these atmospheres nitrogen availability change always accompanied by a change of the nitriding potential. Therefore, in the case of NH3 and NH3-NH3diss atmospheres, nitrogen potential is the principal parameter characterizing the nitriding atmosphere. In an atmosphere of NH3-N2 of the value of the nitrogen availability and the nitriding potential does not change. Therefore, diluted with nitrogen atmospheres parameter controlling the gas nitriding process is nitrogen availability, which is particularly important when the aim of the process is to obtain a nitrided layer with reduced thickness of the iron nitrides layer. This article will discuss ways to reduce the thickness of the subsurface layer of iron nitrides in the atmospheres of ammonia diluted dissociated ammonia and nitrogen.

4

Azotowanie regulowane matryc kuźniczych - przykłady przemysłowego zastosowania

Michalski J., Burdyński K., Wach P., Betiuk M.

Inżynieria Powierzchni

|

2012

|

nr 3

21-25

PL

W artykule przedstawiono wykorzystanie nowego parametru jakim jest rozporządzalność azotu, do kontroli i regulacji procesu azotowania narzędzi do przeróbki plastycznej na gorąco. Pokazano przykłady regulowanego azotowania gazowego matryc, wkładek matrycowych i stempli. Na przykładzie procesu azotowania gazowego matryc kuźniczych ze stali X37CrMoV5-l wykazano, że obniżając rozporządzalność azotu, przy zachowaniu stałej wartości potencjału azotowego można ograniczyć kinetykę wzrostu przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza przy zachowaniu ciągłego wzrostu warstwy roztworowej.

EN

The use of new parameter which is nitrogen availability, to control and regulate the process of nitriding of tools for a hot work is presented. Examples of controlled gas nitriding processes of dies, die inserts and stamps are given. There has been shown on the example of gaseous nitriding process of steel X37CrMoV5-l that by decreasing of the nitrogen auailability, while the value of nitriding potential is kept constant, it is possible to reduce the growth kinetics of the compound layer and still maintain constant maximum growth of kinetics of diffusion layer (forgiven temperature and nitriding potential).

5

Kontrola kinetyki wzrostu warstwy azotowanej na stali X37CrMoV5-1 w procesie regulowanego azotowania gazowego

Michalski J., Wach P., Burdyński K., Łataś Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 5

426--430

PL

W procesach azotowania gazowego najczęściej są stosowane: jednoskładnikowe atmosfery wlotowe amoniaku NH 3 , dwuskładnikowe atmos fery rozcieńczane zdysocjowanym amoniakiem NH 3 /NH 3zd lub azotem NH 3 /N 2 . Do kontroli procesu, a w konsekwencji kinetyki wzrostu warstwy azotowanej, jest wykorzystywany poten cjał azotowy N p lub stopień dysocjacji amoniaku α [1]. W pracy przyjęto obok potencjału azotowego rozporządzalność azotu atmosfery azotującej (m N2 ) jako parametr charakteryzujący atmosferę azotującą. Rozporządzalność azotu wiąże stopień dysocjacji z natężeniem przepływu atmosfery wlotowej (wzór 3) [3]. Na przykładzie procesów azotowania gazowego stali X37CrMoV5-1 z wykorzystaniem trzech rodzajów atmosfer wlotowych: NH 3 , NH 3 /NH 3zd i NH 3 /N 2 pokazano możliwość zastosowania rozporządzalności azotu jako parametru kontrolującego kinetykę przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza. Warstwy azotowane wytwarzano metodą regulowanego azotowania gazowego Nitreg w urządzeniu Nx609 firmy Nitrex. W artykule wykazano, że w przypadku atmosfer NH 3 i NH 3 /NH 3zd wartość potencjału azotowego jednoznacznie określa możliwości atmosfery azotującej. Każdej zmianie potencjału azotowego towarzyszy zmiana rozporządzalności azotu atmosfery azotującej (rys. 1, 3). Wykazano, że w temperaturze 540°C zmiana potencjału azotowego w zakresie wartości 4,9÷6 atm –0,5 (rys. 1a) i towarzysząca mu zmiana rozporządzalności azotu (rys. 1b) nie wpływają na kinetykę wzrostu grubości warstwy azotków żelaza (rys. 2a), jak również na kinetykę wzrostu grubości warstwy roztworowej (rys. 2b), charakteryzowaną stałą parabolicznego wzrostu warstwy. Wartość potencjału wpływa natomiast dość istotnie na czas początku tworzenia się przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza (rys.2a). Wykazano, że w przypadku atmosfery NH 3 /N 2 , zwiększając stopień rozcieńczenia azotem atmosfery wlotowej przy zachowaniu stałego natężenia przepływu, zmniejsza się rozporządzalność azotu, bez konieczności obniżania wartości potencjału azotowego (rys. 3). Obniżając rozporządzalność azotu, przy zachowaniu stałej wartości potencjału azotowego, można ograniczyć kinetykę wzrostu przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza przy zachowaniu maksymalnej, dla danej temperatury i potencjału azotowego, kinetyki wzrostu warstwy roztworowej. Jest to bardzo cenna cecha atmosfer wlotowych z azotem.

EN

During the processes of gaseous nitriding, the most often used atmospheres are: unary inlet ammonia atmospheres NH 3 , binary atmospheres diluted with dissociated ammonia NH 3 /NH 3zd or nitrogen NH 3 /N 2 . For the process control, and in consequence the kinetics of growth of the nitrided layer, there is used nitriding potential N p or the degree of ammonia dissociation α [1]. In this work, another parameter characterizing the nitriding atmosphere, next to nitriding potential, was assumed. This parameter is availability of nitrogen in nitriding atmosphere ( m N2 ). Nitrogen availability connects the degree of dissociation with the flow intensity of inlet atmosphere (eq. 3) [3]. On the example of gaseous nitriding process of steel X37CrMoV5-1 with the use of three types of inlet atmospheres: NH 3 , NH 3 /NH 3zd and NH 3 /N 2 , there was shown the possibility of using the nitrogen availability as a parameter to control the kinetics of compound layer of iron nitrides. Nitrided layers were manufactured with the use of controlled gas nitriding Nitreg on the device Nx609 from Nitrex company. This paper shows, that in the case of atmospheres NH 3 and NH 3 /NH 3zd the value of nitriding potential unequivocally determines the characteristics of nitriding atmosphere. Every change of nitriding potential is accompanied by the change nitrogen availability of nitriding atmosphere (Fig. 1, 3). It was shown, that in the temperature of 540°C the change of nitriding potential in the range of 4,9÷6 atm –0,5 (Fig. 1a) and accompanying change in nitrogen availability (Fig. 1b) doesn’t influence either the growth kinetics of iron nitride layer (Fig. 2a), and the growth kinetics of thickness of the diffusion layer (Fig. 2b), which is characterized by the layer’s parabolic growth coefficient. The potential value has, however, significant influence on the time in which the compound layer of iron nitrides begins to emerge (Fig. 2a). It was shown, that in the case of atmospheres NH 3 /N 2 , by increasing the degree of dilution of the inlet atmosphere with nitrogen, while maintaining the constant flow intensity, we decrease the nitrogen availability, without the need to decrease the value of nitriding potential (Fig. 3). By decreasing of the nitrogen availability, while keeping the constant value of nitriding po- tential it is possible to reduce the growth kinetics of the compound layer and still maintain the maximum (for given temperature and nitriding potential) growth kinetics of diffusion layer. It is a very valuable characteristic for inlet atmospheres with nitrogen.

6

Projektowanie procesów azotowania gazowego z uwzględnieniem rozporządzalności azotu atmosfery azotującej

Michalski J., Burdyński K., Wach P., Tacikowski J., Łataś Z.

Inżynieria Powierzchni

|

2011

|

nr 1

3-9

PL

W artykule omówiono wykorzystanie rozporządzalności azotu atmosfery azotującej w projektowaniu precyzyjnego azotowania gazowego stali konstrukcyjnych. Wykorzystanie rozporządzalności azotu, obok potencjału azotowego, w projektowaniu i regulowaniu procesów azotowania, stwarza nowe możliwości wykorzystania do projektowania procesów azotowania dwu- i trójskładnikowych atmosfer z azotem. Jak dotychczas atmosfery te stwarzają trudności przy stosowaniu ich zwłaszcza w procesach precyzyjnego azotowania gazowego, których celem jest, np. wytworzenie warstw azotowanych bez warstwy azotków żelaza bądź z warstwą azotków o ograniczonej grubości. Wymagania te spełniają dotychczas atmosfery wlotowe amoniaku ze zdysocjowanym amoniakiem. Umożliwiają one bowiem dokładne regulowanie potencjału azotowego w bardzo szerokim zakresie jego wartości.

EN

The use of availability of nitrogen in the nitriding atmosphere during designing of precise gaseous nitriding of constructional steels have been described in the paper. The use of nitrogen availability, next to nitriding potential, gives new possibilities in designing and in regulation of the nitriding processes, especially for two- and three-component (binary and ternary) atmospheres with nitrogen. Up to now, these atmospheres (binary and ternary) cause difficulties during the precision nitriding processes, which purpose is to manufacture nitrided case without iron nitride layer, or to manufacture nitride layer with reduced thickness. These demand are met today with inlet atmospheres composed of ammonia and dissociated ammonia. They enable precise regulation of nitriding potential in very large value range.