Азотирование
Азотирование это процесс насыщения поверхности стали азотом. Процесс осуществляется в среде аммиака при температуре 480-650ᴼ С. При этих температурах по реакции
2NH3 2N+3H2
Выделяется атомарный азот, который диффндирует в поверхностные слои детали.
Для азотирования применяют среднеуглеродистые легированные стали, содержащие Cr, W, Mo, V, Al.
При азотировании легированных сталей азот образует с легирующими элементами устойчивые нитриды, которые придают азотированному слою высокую твердость. Твердость поверхностного слоя деталей после азотирования достигает HV1100-1200. Типичная марка стали для азотирования 38ХМЮА.
Перед азотированием детали подвергают термической обработке, состоящей из закалки и высокотемпературного отпуска (улучшению). Затем производят механическую обработку, придающую окончательные размеры изделию.
Участки, не подлежащие азотированию, защищают тонким слоем (0,001-0,015 мм) олова, нанесенным электролитическим методом, или жидким стеклом. В процессе азотирования олово расплавляется и благодаря поверхностному натяжению удерживается на поверхности стали в виде тонкой непроницаемой для азота пленки. Продолжительность процесса зависит от толщины слоя. На рис. 1, б показано, что чем выше температура азотирования, тем меньше его продолжительность. Однако более высокие температуры приводят к снижению твердости азотированного слоя
(рис.1 а).
Обычно процесс азотирования ведут при температурах 500-520ᴼ С, а затем температуру повышают до 580-600ᴼ С. В этом случае получают слои толщиной до 0,5 мм за 24-90 ч.
Для ускорения процесса азотирования применяют двухступенчатый цикл (рис. 2). Вначале азотирование ведут при 500-520ᴼ С, а затем температуру повышают до 580-600ᴼ С. Это ускоряет процесс в 1,5- 2 раза при сохранении высокой твердости азотированного слоя.
В процессе азотирования изменяются размеры деталей за счет увеличения объема поверхностного слоя. Чем выше температура процесса и больше толщина азотированного слоя, тем больше изменение размеров деталей.
Для повышения коррозионной устойчивости изделий азотирование проводят при температуре 600-700ᴼ С в течение 15 мин для мелких деталей и 6-10 ч для крупных деталей.
Процесс жидкостного азотирования осуществляют при температуре 570ᴼ С в расплаве цианосодержащих солей. В ходе процесса расплав непрерывно продувается сухим и чистым воздухом, что обеспечивает превращения цианида (KCN) в цианат (KCNO), являющийся поставщиком атомов углерода и азота.
Преимуществом жидкостного азотирования является резкое сокращение времени получения насыщенного слоя по сравнению с газовым азотированием (слой толщиной 0,10-0,20 мм получают за 1,5-3 ч). Кроме того, отсутствие водорода в среде способствует повышению вязкости слоя.
Недостатком процесса является применение ядовитых солей.
Широкое применение получает ионное азотирование. Пор сравнению с газовым азотированием оно имеет ряд преимуществ: меньшую продолжительность процесса, более высокое качество азотированного слоя, пониженную хрупкость слоя.
На рис 3 показана схема установки для ионного азотирования.
В разреженном пространстве между катодом (деталью) и анодом (вакуумный контейнер) возбуждается тлеющий разряд в среде газа, содержащего атомы и ионы азота. В качестве насыщающей атмосферы используют аммиак из баллонов, смесь азота с водородом или тщательно очищенный от кислорода азот. При возбуждении тлеющего разряда к поверхности детали (катоду) устремляется поток положительно заряженных ионов азота. При ударах ионов о катод выделяется тепло, за счет которого происходит разогрев поверхности детали.
Рабочее давление в камере печи составляет 130-1300 Па. При более высоком давлении тлеющий разряд становится менее стабильным и чаще переходит в дуговой. Это может вызвать перегрев поверхности и даже ее оплавление.
Используемая литература:
«Термическая обработка металлов» В.М. Зуев.
