Азотирование металла

Азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом. Азотирование очень сильно повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в таких средах, как атмосфера, вода, пар и др. Твердость азотированного слоя заметно выше, чем твердость цементованного, и сохраняется при нагреве до высоких температур (450-500 °С), тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200-225 °С.

Химический раствор

Азотирование ведут в диссоциированном аммиаке NH₈ (25 - 60 %).

На обрабатываемой поверхности происходит диссоциация NH₃ с образованием ионов азота, которые адсорбируются поверхностью и диффундируют в глубь металла.

Если главными требованиями, предъявляемыми к азотированному слою, являются высокие твердость на поверхности и износостойкость, то применяют сталь 38Х2М10А, содержащую 0,35-0, 42 % С; 1,35-1,65 % Сr; 0,7-1,10 % А1 и 0,15-0,25 % Мо, остальное Fe. Одновременное присутствие алюминия, хрома и молибдена позволяет повысить твердость азотированного слоя на поверхности до 1200 HV. Молибден, кроме того, устраняет отпускную хрупкость, которая может возникнуть при медленном охлаждении от температуры азотирования.

Технология процесса азотирования

Технологический процесс предусматривает несколько операций, приведенных ниже.

1. Предварительная термическая обработка заготовки. Эта операция состоит из закалки и высокого отпуска стали для получения повышенной прочности и вязкости в сердцевине изделия. Отпуск проводят при высокой температуре 600-675 °С, превышающей максимальную температуру последующего азотирования и обеспечивающей получение твердости, при которой сталь можно обрабатывать резанием. Структура стали после этого отпуска - сорбит.
2. Механическая обработка деталей, а также шлифование, которое придает окончательные размеры детали.
3. Защита участков, не подлежащих азотированию, нанесением тонкого слоя (0,01-0,015 мм) олова электролитическим методом или жидкого стекла. Олово при температуре азотирования расплавляется на поверхности стали в виде тонкой не проницаемой для азота пленки.
4. Азотирование.
5. Окончательное шлифование или доводка изделия.

Азотирование тонкостенныйх деталей

Азотирование тонкостенных изделий сложной конфигурации из стали 38Х2МЮА рекомендуется выполнять при 500-520 °С. Длительность процесса зависит от требуемой толщины азотированного слоя. Чем выше температура азотирования, тем ниже твердость азотированного слоя и больше толщина слоя. Снижение твердости азотированного слоя связано с коагуляцией нитридов легирующих элементов. Обычно при азотировании желательно иметь слой толщиной 0,3-0,6 мм. Процесс азотирования при 500-520 °С в этом случае является продолжительным и составляет 24-60 ч.

Для ускорения процесса азотирования применяют двухступенчатый процесс: сначала азотирование проводят при 500-520 °С, а затем при 540-560 °С. При двухступенчатом процессе сокращается продолжительность процесса, при этом сохраняется высокая твердость слоя.

Изменеие свойств материала

В процессе насыщения азотом изменяются, но очень мало, размеры изделия вследствие увеличения объема поверхностного слоя. Деформация возрастает при повышении температуры азотирования и толщины слоя.

Стали, не содержащие алюминий (Сr-Мо-V-стали), азотируют при 570 °С в течение 6-10 ч, что обеспечивает достаточную толщину слоя 0,3-0,4 мм, высокую твердость (~800 HV) и износостойкость. Охлаждение после азотирования проводят вместе с печью в потоке аммиака (до 200 °С) во избежание окисления поверхности.

Получило применение азотирование при 570 °С в течение 5-10 ч в атмосфере, содержащей 50 % эндогаза и 50 % аммиака или 50 % метана и 50 % аммиака. В результате такой обработки на поверхности стали образуется тонкий карбонитридный слой, обладающий меньшей хрупкостью и более высокой износостойкостью, чем чисто азотистая е-фаза. Твердость карбонитридного слоя на легированных сталях 600-1100 HV. Такая обработка сильно повышает предел выносливости изделий.

Похожие материалы