 Ученые Технологического института Карлсруэ работают над разработкой нового процесса закалки стали. С помощью метиламина, они обогащают низколегированную сталь углеродом и азотом. Нитроцементация низкого давления с метиламином экономит время и обрабатывает газ. Стали, закаленные таким образом, подходят для использования в компонентах, подверженных высоким механическим и тепловым нагрузкам в энергоэффективных двигателях будущего с низким уровнем выбросов.
Двигатели внутреннего сгорания имеют большой потенциал для экономии энергии и сокращения выбросов. Современный тренд подразумевает использование меньших двигателей с такой же или даже повышенной мощностью. Двигатели с пониженным объемом цилиндров потребляют меньше топлива из-за их меньшего веса, меньшего трения, и меньшого количества тепла выхлопных газов. Это так называемое сокращение, однако, связано с еще более высокими механическими и термическими нагрузками, действующими на уже сильно нагруженные компоненты системы дизельного впрыска, для примера. Системы впрыска дизельного топлива должны достичь более высоких давлений и улучшенной точности впрыска для того, чтобы соответствовать требованиям сокращения размеров. Следовательно, форсунки должны быть изготовлены из материалов высокой стабильности.
Привлекательным и недорогим вариантом может стать использование низколегированные сталей - т.е. видов стали, содержащих не более чем пяти процентов массы от металлов, не являющихся железом. Такие стали могут быть хорошо обработаны в мягком состоянии, а затем закалены для последующего использования. В результате получается твердая поверхность с жесткой сердцевиной. В настоящее время ученые работают над новым процессом по упрочнению стали, а именно нитроцементации низкого давления. При температурах между 800 и 1050° С и общем давлении ниже 50 мбар, поверхности компонентов специально обогащаются углеродом и азотом, а затем закаливаются. Проект направлена на изучение основ нитроцементации низкого давления и развития этого процесса в сотрудничестве с научно-исследовательскими и промышленными партнерами. Нитроцементации низкого давления сочетает в себе преимущества процессов атмосферной нитроцементации. Атмосферная нитроцементация повреждает поверхности компонентов, обработанных окислением. Это может быть предотвращено посредством использования процессов низкого давления. Кроме того, генерируется более однородный профиль твердости в компоненте, в частности, в случае сложных составных конфигураций.
Ранее нитроцементация низкого давления была проведена почти исключительно с использованием аммиака в качестве донора азота вместе с углеродным донором, т.е. этином или пропаном. Ученые теперь изучают другие газы и газовые смеси для пригодности в нитроцементации низкого давления. Их эффективность в обогащении поверхностного слоя углеродом и азотом был испытана с использованием термобаланса. Они обнаружили, что технологические газы метиламина (CH3NH2) и диметиламина ((СН3)2NH) приводят к хорошему обогащению поверхностного слоя углеродом и азотом.
При использовании метиламина для нитроцементации низкого давления требуется только один газ вместо двух, и обычно применяемые два этапа процесса могут быть сведены к одному. По сравнению с использованием аммиака в качестве донора азота вместе с углеродным донором, метиламин достигает более высокого содержания азота в поверхностном слое. По мере того, как углерод параллельно входит в поверхностный слой, продолжительность процесса значительно сокращается. Метиламин также обеспечивает нитроцементацию при значительно более высоких температурах, что дополнительно сокращает продолжительность процесса. Кроме того, степень использования метиламина в качестве технологического газа, тем лучше, в результате которой количество используемого газа может быть уменьшено.
Ученые работают на дальнейшей оптимизации нитроцементации низкого давления с аминами. Работа фокусируется, в частности, на улучшение однородности и свободной регулировки входа углерода и азота. Следующая цель заключается в переносе процесса от лаборатории до проекта пилотного масштаба.
|
