ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Азотирование стали из "Металловедение и термическая обработка металлов " Азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее в аммиаке. Азотирование очень сильно повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в таких средах, как атмосфера, вода, пар и т. д. Твердость азотированного слоя заметно выше, чем цементованной стали, и сохраняется при нагреве до высоких температур (600—650 С), тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200—225°С. [c.266] Азотирование широко применяется для шестерни, цилиндров мощных двигателей, многих деталей станков и других изделий. [c.266] Азотирование проводят в атмосфере аммиака, который при нагреве диссоциирует по уравнению 2ЫНз- 21 +6Н. [c.267] Образовавшийся атомарный азот диффундирует в железо. Если выполнять азотирование при температуре ниже эвтектоидной (591°С), то в начальный момент насыщения на поверхности стали образуется а-фаза (рис. 135,а). По достижении предела насыщения а-фазы начинается образование следующей фазы, стабильной при данной температуре, а именно у -фазы. При дальнейшем насыщении азотом образуется е -фаза. Следовательно, в результате диффузии в азотированном слое располагаются в поверхностной зоне наиболее богатая азотом е-фаза, несколько ниже у - и а-фазы. [c.267] С понижением температуры е- и а-фазы в соответствии с диаграммой состояния (см. рис. 135,в) распадаются, выделяя избыточную у -фазу. Поэтому после медленного охлаждения фазы Б диффузионном слое можно расположить в следующем порядке от поверхности к сердцевине е-Ну —— +7 —— сердцевина (с исходной структурой). [c.267] При выполнении азотирования выше эвтектоидной температуры, например при сначала возникает а-фаза затем по достижении ее предела насыщения образуется у-фаза, после насыщения которой на поверхности появляется у -фаза и, наконец, е-фаза. Таким образом, при температуре диффузии азотированный слой состоит из следующих фаз (от поверхности к сердце-вине) 8, у, у, а. При медленном охлаждении е- и а-фазы распадаются и выделяют избыточную у -фазу (Ре4М), а у-фаза претерпевает эвтектоидное превращение, распадаясь на эвтектоидную структуру а+у -фаз. Тогда при 20°С азотированный слой будет состоять из е+у, а+7 (эвтектоид), а+у (вторичная). [c.267] На рис. 135,в показан слой, полученный в результате азотирования железа при и медленного охлаждения, состоящий на самой поверхности из е- и у -фаз, ниже располагается у -фаза, за ней эвтектоид (а+у ) и а-фаза, в которой присутст- вует некоторое количество избыточной у -фазы. Переход от одной фазы к другой сопровождается резким перепадом концентрации азота, так как двухфазные слои (е+у или а+у ) при температуре насыщения железа азотом существовать не могут. При насыщении легированных сталей при температуре диффузии могут образоваться многофазные слои. [c.267] Технология процесса азотирования. Технологический процесс предусматривает несколько операций. [c.269] Этой термической обработке чаще подвергают стали в заготовках. Закалку сталей 38ХМЮА выполняют с нагревом до 900—950°С с охлаждением в воде или в масле. 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. [c.269] Азотирование тонкостенных изделий сложной конфигурация 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 (рис. 136). 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—90 ч. [c.269] В процессе насыщения азотом изменяются, но очень мало, размеры изделия вследствие увеличения объема поверхностного слоя. Деформация возрастает при повышении температуры азотирования и толщины слоя. [c.269] Значительное сокращение (в 2—3 раза) общего времени процесса достигается при азотировании в тлеющем разряде (ионное азотирование). Азотирование в тлеющем разряде проводят в разреженной азотсодержащей атмосфере (NHs или Ng) при подключении обрабатываемых деталей к отрицательному электроду (катоду). Анодом является контейнер установки, При обработке деталей сложной конфигурации применяют специальные профилированные аноды. Между катодом (деталью) и анодом возбуждается тлеющий разряд и ионы газа, бомбардируя поверхность катода, нагревают ее до температуры насыщения. Процесс ионного азотирования реализуется в две стадии первая — очистка поверхности катодным распылением вторая — собственно насыщение. [c.270] Катодное распыление проводят в течение 5—60 мин гари напряжении 1100—1400 В и давлении 0,1—0,2 мм рт. ст. В процессе катодного распыления температура поверхности детали не превышает 250°С. Температура азотирования 470—580°С, давление 1—10 мм рт. ст., рабочее напряжение 400—1100 В, продолжительность процесса составляет от нескольких минут до 24 ч. [c.271] Азотирование для повышения устойчивости против коррозии проводят при 600—700°С. Продолжительность процесса составляет от 15 мин для мелких деталей до 6—10 ч для крупных деталей. [c.271] На поверхности после азотирования образуется тонкий слой е-фазы (0,01—0,03 мм), обладающий высокой стойкостью против коррозии. Износостойкость азотированной стали в первую очередь из-за более высокой твердости выше, чем цементованной и закаленной. В азотированном слое возникают остаточные напряжения сжатия, величина которых на поверхности составляет 60—80 кг /мм . Это повышает предел выносливости и переносит очаг усталостного разрушения под азотированный слой. Предел усталости гладких образцов возрастает на 30—40%, а при наличии концентраторов напряжений (острых надрезов) более чем на 100%. С увеличением размера детали (образца) этот эффект азотирования на рост усталостной прочности уменьшается. [c.271] Наибольшее значение предела выносливости достигается при небольшой глубине азотированного слоя и температуре насыщения 500—520°С. Повышение температуры азотирования снижает прирост предела выносливости. Нарушение сплошной протяженности азотированного слоя вызывает сильное падение предела выносливости, который можно повысить дробеструйным наклепом. [c.271] Вернуться к основной статье