ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Нитридные покрытия из "Тугоплавкие покрытия Издание 2 " Насыщение в газообразных азотсодержащих средах при высоких температурах является основным методом получения нитридных покрытий на тугоплавких переходных металлах. [c.152] Обычно диффузионное азотирование переходных металлов IVa—Via подгрупп проводят в среде чистого азота или его смесях с инертными газами. Азотирование в аммиаке применяют значительно реже, поскольку оно сопровождается достаточно интенсивным наводороживанием и соответственно существенным охрупчиванием насыщенного металла. Металлы Via подгруппы и их сплавы, практически не образующие гидридов, могут азотироваться и в аммиаке. [c.152] Азотирование проводят в герметизированных камерах, непрерывно пропуская через них азотсодержащую среду, оптимальный расход которой подбирают экспериментально в каждом конкретном случае. Глубина диффузионного слоя, его химический, фазовый состав и структура определяются в основном температурой процесса и активностью насыщающей среды. Время выдержки играет меньщую роль и влияет главным образом на глубину слоя. [c.152] Наиболее подробно исследовано азотирование титана и его сплавов, так как из всех методов химикотермической обработки этот метод оказался наиболее приемлемым в практическом отношении. Азотирование титана в среде азота и аммиака приводит при использовании аммиака к более глубоким диффузионным слоям и большей их твердости, однако хрупкость насыщенного материала значительно возрастает [138]. Хотя водород может быть в значительной степени удален вакуумным отжигом, все же метод азотирования в среде аммиака оказывается малопрактичным и неэкономичным. Зависимость толщины диффузионных слоев и механических свойств титана от режимов насыщения в среде азота приведена, по данным работы [138], в табл. 37. При азотировании в аммиаке в тех же условиях удлинение падает до 2%, а ударная вязкость до 0,3—0,5 кГ-м1см-, т. е. значительно снижаются пластичные свойства титана. [c.152] Как видно из табл. 37, глубина слоя при азотировании не подчиняется временному параболическому закону. Аналогичные результаты по кинетике роста диффузионных слоев были получены и в работе [166]. Чистый и легированный хромом и вольфрамом титан азотировали в аммиаке при температурах 850, 950 и 1050° С и разной выдержке. Было обнаружено, что при малых расходах аммиака слой в ряде случаев глубже, чем при больших, и притом с повышением температуры увеличивается оптимальный расход аммиака для получения слоя максимальной глубины. [c.152] Как было замечено, глубина азотированного слоя изменялась не по кривой, близкой к параболе, а по кривой с максимумом. Рентгенографическое исследование поверхностного слоя показало, что при температуре 1050° С он представляет собой твердый раствор TiN и TiH (в случае же недостаточной очистки аммиака от кислорода — и TiO). Образованию твердых растворов TiN, TiH и TiO способствует однотипность кристаллической решетки этих соединений и близость ее параметров. При 850° С был обнаружен лишь твердый раствор азота и водорода в титане. [c.153] Азотирование титана в аммиаке, по этим данным, в десятки раз повышает его износостойкость, однако снижает прочность и пластичность, особенно если процесс ведется при высоких температурах и больших выдержках, когда происходит рост зерен титана и насыщение его водородом. Поэтому необходимо выбирать режимы азотирования титана в аммиаке с минимальными технологическими параметрами. [c.153] Образцы изготовляли из иодидного титана и сплавов титана с небольшими присадками А1, Мп, 51 и 5п. Перед азотированием все образцы подвергались вакуумному отжигу (2- Ю мм рт. ст.) при 800° С в течение 2 ч. Азотирование проводили при 850 С с выдержками от 2 до 30 ч и различным парциальным давлением азота в смеси. Установлено, что с увеличением содержания азота в рабочейсмеси глубина азотированного слоя уменьшается (рис. 55). [c.154] Влияние легирования алюминием, кремнием, оловом и марганцем на процесс азотирования титана приведено в табл. 38. [c.155] Анализ приведенных данных показывает, что алюминий ускоряет диффузию азота в титане, увеличивая глубину диффузионного слоя и привес образцов, а марганец, олово и особенно кремний действуют в противоположном направлении. [c.155] Процесс азотирования титана в струе чистого азота при 700— 1050° С продолжительностью до 10 ч исследовали в работе [169]. При этом определяли увеличение массы и твердости образцов и изучали поверхностный слой методами микроструктурного и электронографического анализов. Установлено, что заметное приращение массы начиналось при 800° С и следовало параболическому закону до 1000 С. Электронографически было обнаружено, что после азотирования при 800° С и более высоких температурах в поверхностном слое образуется нитрид титана TiN. Повышение твердости мало заметно при 800° С, однако выше 900° С толщина и твердость слоя прогрессивно возрастали со временем. Например, после азотирования в течение 1, 5 и 10 ч при 900° С твердость HV поверхности составляет соответственно 325, 425 и 475 кПмм , а толщина слоя возрастает от 45 до 80 мкм. [c.155] Азотирование титана, осуществленное в работе [170] в токе азота при 850° С и выдержке в течение 16—18 ч, проводилось с целью повысить его износостойкость, коррозионную стойкость и механические свойства. Как показали испытания, азотированный титан удовлетворительно работал без смазки в паре с чугунным литьем, твердыми хромистыми покрытиями и неазотированным титаном. При работе со смазкой наблюдались хорошие результаты в паре с бронзой, углеродистой и низколегированной сталью, бакелитом, хромированными поверхностями. Высокую коррозионную стойкость показал азотированный титан в нагретых соляной, серной, фосфорной, плавиковой, азотной и других кислотах. Как отмечают авторы работы [170], азотирование заметно не влияет на механические свойства титана. [c.156] В работе [171] образцы технического титана и жаропрочного титанового сплава с 6% А1 и 4% V азотировали в очищенном азоте при 980° С в течение 4—168 ч. На техническом титане азотированный слой был значительно толще, чем на сплаве, и твердость его достигла 1650 HV. Было отмечено, что значения ударной вязкости азотированного и неазотированного титана почти не отличались, в то время как у азотированного сплава они были значительно ниже. Это объяснялось наличием в сплаве азотированных зерен, расположенных под углом 45° к поверхности и распространенных на большую глубину. Являясь, по-видимому, концентраторами напряжений, они вызывали значительное падение ударной вязкости. По данным этой работы, толщина азотированного слоя на титане изменялась с увеличением выдержки по параболе и составляла после 168-Ч азотирования 0,2 мм. [c.156] Исследование процесса азотирования титана и его сплавов в чистом азоте было проведено также в работе [172]. Оптимальным режимом азотирования признан следующий температура насыщения 950° С, время 24—30 ч, скорость подачи азота 0,12— 0,15 л мин. При более низких температурах диффузия азота происходит медленно, а при более высоких сильно увеличивается хрупкость слоя и самого металла. Выдержка продолжительнее 30 ч не дает заметного увеличения толщины нитридного слоя. При оптимальных условиях азотирования на образцах кованого технически чистого титана марки ВТ1 был получен слой глубиной 80 мКм с поверхностной твердостью HV = 780- 850 кПмм . [c.156] Исследование механических свойств азотированных образцов, прошедших различную дополнительную обработку, показало (табл. 39), что отжиг в вакууме при 800° С, выдержке 2 ч и давлении 3-10 мм рт. ст. уменьшает хрупкость слоя и повышает характеристики пластичности на 10—15%. [c.157] Как отмечает автор работы [172], главной причиной уменьшения (на 25—30%) пластичности титана после азотирования является рост зерна в результате длительного высокотемпературного нагрева. [c.158] Другая причина снижения пластичности — довольно глубокое проникновение азота в испытываемый образец в процессе азотирования, о чем свидетельствуют данные табл. 39. С увеличением глубины снятого слоя пластичность повышается. [c.158] Исследование влияния легирования титана различными элементами показало, что 2—2,5% А1, до 2% Si и 1,5% Мп вызывают увеличение глубины азотированного слоя. При больших содержаниях этих элементов в сплаве глубина слоя уменьшается. Хром и железо снижают глубину азотированного слоя, независимо от их содержания в сплаве. В этой же работе было опробовано азотирование некоторых тройных сплавов титана и показано, что сплавы марок ВТ2, ВТЗ, ВТ5 и ВТ6 азотируются хуже, чем сплав ВТ1. [c.158] В работе [173] определяли параметры азотирования (температуру, время выдержки, состав азотирующей среды), обеспечивающие наиболее интенсивное насыщение титана азотом с образованием твердого и нехрупкого диффузионного слоя возможно большей глубины. Сплавы ВТ1-Д, ВТ5 и ВТЗ-1 азотировали в молекулярном азоте, очищенном от влаги и кислорода. [c.158] Металлографическое исследование показало, что на поверхности образуется хрупкая пленка TiN золотистого цвета толщиной 1 —10 мкм твердостью 1500 ЯК Под ней расположена тонкая переходная зона (фазовый состав не установлен) с твердостью 1500—1900 HV, г ниже — зона твердого раствора азота в а-ти-тане толщиной 0,08—0,1 мм, твердость которой убывает по глубине от 900 HV до твердости исходного сплава. [c.158] Вернуться к основной статье