Азотирование легированной стали
Упрочняющее действие азотирования в легированных сталях обусловлено образованием в поверхностном слое дисперсных нитридов и карбонитрпдов, а также возникновением значительных сжимающих напряжений. Легирующие элементы и углерод уменьшают глубину слоя и повышают твердость азотированного (рис. 21.4). Азотирование легированных сталей производится при температуре ниже 580° С. Наиболее дисперсные нитриды возникают при азотировании стали, содержащей алюминий. Поэтому твердость слоя также оказывается наиболее высокой. Азотированию подвергаются самые разнообразные стали н сплавы: конструкционные улучшаемые, нержавеющие, аустенитпые, инструментальные и в последнее время чугуны и титан. Наиболее широко используется для азотирования сталь 38ХМЮА. При закалке в масле сталь прокаливается на глубину 30 мм.
Рис. 21.4. Кривые зависимости от содержания легирующих элементов (температура азотирования 550° С, т = 24 ч): а - глубины слоя; 6 - твердости
Вследствие наличия в ней молибдена она не склонна к отпускной хрупкости после медленного охлаждения. Недостаток этой стали - повышенная загрязненность неметаллическими включениями, низкая прокаливаемость крупных изделий. Взамен ее разрабатывают новые марки стали. В ряде отраслей промышленности для повышения предела усталости ответственных деталей широко применяется азотирование улучшаемых конструкционных сталей марок 18Х2Н4ВА, 30Х2НВФА, 40ХНМА, 38ХА и др. После азотирования твердость их ниже, чем стали 38ХМЮА (рис. 21.5), но прочность в крупных сечениях выше. Эффективно применение азотирования для повышения износостойкости аустенитных жаропрочных и нержавеющих сталей. Эти стали имеют высокие жаропрочность, жаростойкость, коррозионную стойкость, невысокие твердость и износостойкость. Азотирование придает стали поверхностную твердость и высокую износостойкость,, значительно повышая долговечность и надежность изделий. Широко применяется азотирование инструментальных сталей. В последние годы внедряется в промышленность азотирование чугуна с шаровидным графитом и титана.
Оборудование для азотирования
Азотирование ведется в специальных печах периодического действия, в рабочее пространство которых подается аммиак. Охлаждаются изделия после азотирования с печью. Скорость азотирования тем больше, чем выше температура азотирования, а твердость с повышением температуры азотирования понижается (рис. 21.6 и рис. 21.7). Повышение скорости азотирования является следствием увеличения коэффициента диффузии, а снижение твердости - следствием коагуляции нитридов. При повышении температуры азотирования увеличивается деформация изделий, что является нежелательном.
Эффективным способом поверхностного упрочнения нелегированных конструкционных сталей является жидкостное (мягкое) азотирование в цианид-цианатных ваннах при температуре 570° С в течение 1 - 6 ч с продувкой воздуха. Для низкоуглеродистых сталей 20, 20Х, 20ХН оптимальный режим цианирования 570° С 1 - 1,5 ч, для улучшаемых 570° С 2 - 2,5 ч.
Недостатки метода
Недостаток - высокая токсичность используемых солей. Для снижения токсичности применяют кратковременное азотирование сталей в газовой среде при температуре 550 - 580° С с последующей термической обработкой (закалкой и отпуском азотированного феррита) диффузионной зоны. Независимо от технологии ведения процесса азот находится в состоянии пересыщенного твердого раствора в решетке a-железа. Зафиксированный закалкой с температуры насыщения азот придает диффузионной зоне высокую прочность и позволяет существенно повысить усталостную прочность изделий. Пересыщенный твердый раствор азота в a-железе неустойчив и склонен к дисперсионному твердению, которое позволяет регулировать свойства слоя. При азотировании на поверхности стали формируется слой, состоящий из поверхностной нитридной зоны и глубокого- диффузионного подслоя.
Азотирование ведется при температуре 560 - 580° С в атмосфере частично диссоциированного аммиака со степенью диссоциации 30 - 40%.
