Как и с какой целью проводится азотирование стали

    Азотированием
    называют
    процесс диффузионного насыщения азотом
    поверхностной зоны деталей. Азотирование
    применяют для повышения износостойкости
    и предела выносливости деталей машин
    (коленчатые ва­лы, гильзы цилиндров,
    червяки, валики, шестерни и др.)

    До азотирования
    детали подвергают закалке, высокому
    отпуску (улучшению) и чистовой обработке.
    После азотирования детали шлифуют или
    полируют.

    Обычное
    азотирование проводят при температуре
    500 — 600 °С в му­фелях или контейнерах,
    через которые пропускается диссоциирующий
    аммиак, так же возможно проведения
    азотирования в тлеющем разряде.

    Вероятно, что на
    стальной поверхности происходит реакция
    диссоци­ации аммиака с выделением
    ионов азота, которые адсорбируются
    поверх­ностью детали, а затем
    диффундируют вглубь.

    При нагреве аммиака
    в изолированном объеме возможна лишь
    реак­ция с образованием молекулярного
    азота

    2NH3
    —> N2
    + ЗН2

    который не может
    диффундировать в сталь без ионизации.

    3 Описание структурного превращения происходящего при термической обработке и азотировании

    Формирование
    структуры азотированной зоны в
    углеродистых ста­лях происходит
    примерно так же, как при азотировании
    железа. Поэто­му, пользуясь диаграммой
    состояния Fe
    — N,
    можно предска­зать структуру
    азотированной зоны низкоуглеродистых
    сталей
    . По мере

    насыщения
    железа азотом при температуре ниже 590
    °С снача­ла образуется α-твердый
    раствор внедрения азота в железо, затем
    слой γ-Фазы с ГЦК решеткой и упорядоченным
    расположением атомов азота в центрах
    элементарных ячеек. Обычно процесс
    азотирования завершается образованием
    на поверхности слоя εфазы
    с ГП решеткой и упорядо­ченным
    расположением атомов в широком интервале
    концентраций азота.

    При
    медленном охлаждении после азотирования
    вследствие пе­ременной растворимости
    азота в α-
    и
    ε- фазах про­исходит выделение
    вторичной γ||-фазы,
    и структура азотированной зоны от
    поверхности к сердцевине становится
    следующей:

    ε +
    γ`||→
    γ`→ α + γ`||→
    α

    При
    азотировании углеродистых сталей с
    увеличением содержания углерода
    уменьшается скорость диффузии азота
    и возможно образования карбонитридных
    фаз.

    Азотированная
    сталь, имеющая на поверхности слой
    ε-фазы,
    коррозионностойка
    в воде и в атмосферных условиях. В
    системе Fe-N
    ε
    и
    γ`-фазы
    имеют сравнительно невысокую твердость—
    соответственно 450 HV
    и 550 HV.
    Значительно большая твердость достигается
    при азотировании специально легированных
    сталей, которые содержат более активные
    нитридообразующие
    элементы: Сr,
    Mo,
    Al,
    V,
    Ti.

    При
    азотировании структуры диффузионной
    зоны легированных и углеродистых сталей
    аналогичны. Однако легирование изменяет
    состав фаз и температурные границы их
    образования; при изотермической выдержке
    в процессе азотирования могут
    образовываться двухфазные слои в
    диффузионной зоне.

    4) Графики термообработки, влияние легирующих элементов на свойства стали

    Высокие
    твердость и износостойкость получаются
    после азотирования легированной стали
    18Х2Н4ВА, содержащей, %: 0.16 — С; 1.4-Сr;
    0.9-W,
    0.3-Cu,
    0.3-Si,
    0.4-Mn,
    4.2-Ni,
    0.025-P,
    0.025-S.

    Влияние некоторых
    основных легирующих элементов на
    свойства сталей.

    1. Никель. Никель
    образует твердые растворы внутри
    легированных сталей, повышается
    прочность стали, ее устойчивость к
    высоким температурам (никель – сильный
    аустенизатор).

    2.
    Вольфрам и молибден. Вольфрам повышает
    твердость и прочность стали
    . Сильно
    карбидообразующий элемент. Основная
    цель введения- уменьшение склонности
    к отпускной хрупкости второго рода ,
    улучшение свойств комплекснолегированных
    сталей в результате измельчения зерна,
    повышение стойкости к отпуску, увеличение
    прокаливаемости.

    3. Марганец. Марганец
    способствует повышению твердости и
    прочности, обеспечивает высокую вязкость
    сталей но он делает структуру стали
    чувствительной к перегреву, поэтому
    для измельчения зерна вместе с марганцем
    вводят карбидообразующие элементы.

    4. Кремний. Кремний
    – ферритизатор – повышает устойчивость
    феррита при высоких температурах.

    5. Хром. Хром –
    растворяясь в феррите и цементите
    оказывает благоприятное влияние на
    механические свойства.

    Азотирование стали представляет собой относительно новую технологию диффузного насыщения поверхностного слоя азотом. Её автором стал академик Н. П. Чижевский , который предложил применять уникальную методику для существенного улучшения рабочих свойств и параметров стальной продукции. До 20-х годов прошлого столетия способ не использовался в промышленном масштабе.

    Принцип процесса

    Если сравнивать азотирование с традиционной цементацией, то первый вариант предлагает множество весомых преимуществ, нехарактерных для других технологий. По этой причине его до сих пор считают самым лучшим и эффективным способом обработки стальных конструкций с целью получения максимальных показателей прочности без применения дополнительной термообработки. Плюсом методики принято считать сохранение прежних размеров заготовки, что позволяет применять её уже к готовым изделиям, прошедшим термическую закалку с высоким отпуском и шлифование до окончательной формы. Успешное завершение азотирования позволяет проводить конечную полировку и другую обработку.

    Процесс выполняется под воздействием аммиака, который нагревается до определенных температур. В результате материал поддаётся насыщению азотом и обретает массу уникальных свойств, включая:

    • улучшенную износостойкость металлических деталей, которая обеспечивается повышением индекса твердости их поверхностного слоя;
    • более высокую выносливость или усталостную прочность заготовки;
    • приобретение стойкой антикоррозийной защиты, которая остаётся прежней даже при воздействии с водой, воздухом и газовоздушной средой.

    Прошедшие азотную обработку детали гораздо качественнее, чем аналогичные изделия, поддавшиеся цементации. Известно, что после второй процедуры слой сохраняет стабильную твердость лишь при условиях, что температурные показатели не превышают 225 градусов. В случае с азотом максимальный порог достигает 550−600 градусов. Это объясняется выработкой поверхностного слоя, который в несколько раз прочнее, чем традиционная закалка и цементация.

    Механизм азотной обработки стали

    Процедуру выполняют в нагретой до 500−600 градусов Цельсия герметично закрытой среде из железа, которую устанавливают в печь. Точные показатели температуры муфели (закрытой реторты) определяются режимом и ожидаемым результатом. То же самое касается времени процедуры. В контейнере размещаются элементы из стали, которые будут насыщаться азотом.

    В процессе выполнения действия в реторту из баллона подаётся аммиак, который характеризуется способностью диссоциации (разложения) под воздействием определенной температуры. Механизм азотирования можно описать следующей формулой: 2 NH3 → 6H +2N.

    В результате на поверхности железных изделий образуется слой нитридов, для которых характерна особая твердость. Как только процедура завершается, печь охлаждают вместе с потоком аммиака. Подобными действиями удаётся закрепить эффект по твердости слоя и предотвратить окисление поверхности.

    Толщина нитридного слоя достигает 0,3−0,6 миллиметров. В итоге необходимость в термической обработке для улучшения показателей прочности банально пропадает. Формирование азотного слоя выполняется по сложной схеме, однако, путём продолжительных исследований металлурги изучили её максимально подробно. В сплаве возникают следующие фазы:

    • Твердый раствор Fe3N с долей азота 8,0−11,2%;
    • Твердый раствор Fe4N с долей азота 5,7−6,1%;
    • Раствор N в α-железе.

    Если удаётся довести процесс до температуры 591 градусов Цельсия, это позволяет заметить ещё одну α-фазу. При достижении лимита насыщения возникает ещё одна фаза. Эвтектоидный распад производит 2,35% азота.

    Какие факторы влияют на азотирование

    Ключевое воздействие на процедуру оказывают следующие факторы:

    • температурный режим;
    • давление газа;
    • пролонгированность азотирования.

    Конечный результат может определяться и степенью разложения активного вещества, которая варьируется в пределах 15−45%. К тому же важно учитывать одну особенность: чем выше температурные показатели, тем хуже прочностные показатели азотного слоя, но выше скорость диффузии. Твёрдость обусловлена коагуляцией нитридов.

    Чтобы «выжать» из процедуры максимум положительных свойств и сократить время на обработку, некоторые металлурги практикуют двухэтапный режим работы. На начальном стадии стальную заготовку обогащают азотом под воздействием температуры 525 градусов. Этого вполне достаточно для обогащения верхних слоёв и повышения твёрдости.

    Следующий этап подразумевает применение более высокого температурного режима от 600 до 620 градусов Цельсия. В данном случае глубина полученного слоя доходит до заданных значений, а весь процесс ускоряется практически в два раза. Тем не менее показатели твёрдости остаются аналогичными, как и при одноступенчатой обработке.

    Разновидности обрабатываемой стали

    Современная металлургия использует технологию азотирования для обработки углеродистых и легированных сталей, где доля углерода составляет 0,3−0,5%. Высокую успешность процедуры можно заметить при выборе легирующих металлов, способных создавать нитриды с высокими показателями термостойкости и твёрдости. Для примера, особая результативность процесса характерна при использовании тех конструкций, в составе которых сосредоточен алюминий, молибден, хром и другое подобное сырье. Подобные стальные заготовки принято называть нитраллоями.

    Молибден способен предупреждать отпускную хрупкость, которая вызывается медленным остыванием стали после успешного завершения обработки. В итоге материал обретает следующие характеристики:

    • Твердость углеродистой стали — HV 200−250;
    • Легированной — HV 600−800;
    • Нитраллоев до HV 2019 и даже выше;

    Рекомендуемые марки

    Выбор конкретных марок стали определяется сферой эксплуатации элемента из металла. В основном металлурги выделяют следующие критерии:

    • Если вам необходимо получить детали с высокими показателями поверхностной твердости, выбирайте марку 38Х2МЮА. Она отличается высоким содержанием алюминия, который вызывает низкую деформационную стойкость изделия. Если в стали отсутствует алюминий, это негативно сказывается на твёрдости и износостойкости, хотя расширяет сферы применения и позволяет воспроизводить самые сложные конструкции и заготовки;
    • При станкостроении используются улучшаемые марки легированной стали 40Х, 40ХФА;
    • Если речь идёт об изготовлении деталей с высоким риском циклических нагрузок на изгиб, используйте продукцию под марками 30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА;
    • Что касается топливных агрегатов, где требуется применение сложнейших металлических изделий с высокой точностью изготовления, то есть смысл остановить свой выбор на модели 30Х3МФ1;

    Этапы процедуры

    Подготовительный этап, обработку азотом и финишное завершение поверхностного слоя стали и сплавов выполняют с помощью нескольких ступеней:

    • Подготовка метала путём термической обработки, в процессе которой выполняется закалка и высокий отпуск. Внутренность изделия обретает характерную вязкость и прочность. Закалку проводят под воздействием высоких температур, вплоть до 940 градусов. В дальнейшем материал поддают охлаждению в масле или воде. Отпуск выполняется при температурном режиме 600−700 градусов Цельсия, чего достаточно для обретения повышенной твёрдости;
    • Что касается механической обработки заготовок, то её завершают методом окончательной шлифовки материала. В конечном результате деталь обретает нужные размеры;
    • Важно обеспечить ряд предохранительных мер для тех элементов, которые должны насыщаться азотом. В процессе обработки применяют простые составы вроде жидкого стекла или олова, которые наносятся путём электролиза слоем не больше 0,015 миллиметров. Это позволяет сформировать тонкую пленку, непроницаемую для азота;
    • Следующий этап подразумевает азотирование по упомянутой выше технологии;
    • На финишном этапе детали доводят до ожидаемого состояния, а заготовки сложной формы с тонкими стенками упрочняют при температуре 520 градусов Цельсия.

    Что касается изменения геометрических свойств заготовки после азотирования, то оно определяется толщиной полученного азотонасыщенного слоя и примененными температурами. В любом случае отклонения от ожидаемой формы незначительные.

    Важно понимать, что современная технология обработки путём азотирования подразумевает использование печей шахтного типа. Максимальные температурные показатели достигают 700 градусов, поэтому циркуляция воздуха становится принудительной. Муфель бывает встроенным в печь или сменным.

    При использовании дополнительного муфеля процесс обработки происходит гораздо быстрее. В итоге запасной муфель загружается сразу по готовности первого. Правда, такой способ не получил широкое распространение из-за высокой затратности.

    Варианты сред для обработки

    В настоящее время особо большим спросом пользуется азотная обработка стальных заготовок в аммиачно-пропановой среде. В таком случае у металлургов появляется возможность выдерживать сырье под воздействием 570 градусов на протяжении трёх часов. Образованный в таких условиях карбонитридный слой обладает минимальной толщиной, однако показатели прочности и износостойкости гораздо выше, нежели у тех вариантов, которые были изобретены по обычной методике. Твёрдость данного слоя находится в пределах 600−1100 HV.

    Технология по-особому незаменима при выборе изделий из легированных сплавов или стали, к которым предъявляются высокие требования по эксплуатационной выносливости.

    Также не менее популярным решением является применение технологии тлеющего разряда, когда материал упрочняют в азотсодержащей разряженной среде, подключая металлические изделия к катоду. В результате заготовка обретает отрицательно заряженный электрод, а у муфеля — положительно заряженный.

    Технология позволяет сократить продолжительность действия в несколько раз. Между плюсом и минусом появляется разряд, а ионы газа воздействуют на поверхность катода, нагревая его. Такое воздействие осуществляется несколькими этапами:

    • изначально происходит катодное распыление;
    • затем очистка поверхности;
    • затем насыщение.

    На первом этапе распыления выдерживают давление 0,2 миллиметра ртутного столба и напряжение 2019 вольт на протяжении 5−60 минут. В таком случае поверхность нагревается до 250 градусов Цельсия. Второй этап подразумевает использование давления 1−10 миллиметров ртутного столбика при напряжении 400−1100 В. Для процедуры требуется 1−24 часа.

    Ещё одним очень эффективным методом обработки является тенифер-процесс, который подразумевает азотирование в жидкости на основе расплавленного цианиста под воздействием температуры 570 градусов Цельсия.

    Преимущества технологии

    В настоящее время технология азотирования считается самым популярным решением для достижения самых лучших эксплуатационных показателей металлических деталей. При правильном подходе обеспечивается наилучшее сопротивление изнашиванию, к тому же полученные в результате подобной обработки слои обретают высокую сопротивляемость коррозийному воздействию. Прошедшие обработку конструкции не нуждаются в дополнительной термической закалке. За счёт таких особенностей азотирование принято считать ключевым процессом обработки элементов в машиностроении, станкостроении и других сферах, где предъявляются высокие требования к составным частям.

    Однако, кроме многочисленных плюсов, у технологии есть и минусы, которые заключаются в дороговизне и продолжительности процедуры. При температурном режиме 500 градусов Цельсия азот способен проникать на 0,01 миллиметров. В таком случае общая длительность процесса достигает одного часа.

    Какие материалы подвергаются азотированию?

    Нитриды железа обладают сравнительно невысокой твердостью и незначительно повышают ее в стали. Следовательно, для азотирования применяют легированные стали, содержащие алюминий, хром и молибден, такие как 38ХМЮА, 18Х2Н4ВА и др.

    Азотированию подвергают также детали из коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сталей, работающих на трение в агрессивных средах и при высоких температурах; матрицы и пуансоны для горячей штамповки, пресс-формы из инструментальных сталей для литья под давлением (Х12Ф1, ЗХ2В8Ф и др.); пружины из сталей 50ХФА, 60С2. Для азотирования целесообразно применять стали, содержащие титан.

    Если азотирование проводится с целью повышения коррозионностойкости, то этому процессу подвергаются также и углеродистые стали.

    Азотирование, в процессе выполнения которого поверхностный слой стального изделия насыщается азотом, стало использоваться в промышленных масштабах относительно недавно. Такой метод обработки, предложенный к использованию академиком Н.П. Чижевским, позволяет улучшить многие характеристики изделий, изготовленных из стальных сплавов.

    Цех ионно-вакуумного азотирования

    Суть технологии

    Азотирование стали, если сравнивать его с таким популярным методом обработки данного металла, как цементация, отличается рядом весомых преимуществ. Именно поэтому данная технология стала применяться в качестве основного способа улучшения качественных характеристик стали.

    При азотировании стальное изделие не подвергается значительному термическому воздействию, при этом твердость его поверхностного слоя значительно увеличивается. Важно, что размеры азотируемых деталей не изменяются. Это позволяет применять такой метод обработки для стальных изделий, которые уже прошли закалку с высоким отпуском и отшлифованы до требуемых геометрических параметров. После выполнения азотирования, или азотации, как часто называют этот процесс, сталь можно сразу подвергать полировке или другим методам финишной обработки.

    Схема установки азотирования в тлеющем разряде

    Азотирование стали заключается в том, что металл подвергают нагреву в среде, характеризующейся высоким содержанием аммиака. В результате такой обработки с поверхностным слоем металла, насыщающимся азотом, происходят следующие изменения.

    • За счет того, что твердость поверхностного слоя стали повышается, улучшается износостойкость детали.
    • Возрастает усталостная прочность изделия.
    • Поверхность изделия становится устойчивой к коррозии. Такая устойчивость сохраняется при контакте стали с водой, влажным воздухом и паровоздушной средой.

    Микроструктура качественно азотированного слоя стали марки 38Х2МЮА

    Выполнение азотирования позволяет получить более стабильные показатели твердости стали, чем при осуществлении цементации. Так, поверхностный слой изделия, которое было подвергнуто азотированию, сохраняет свою твердость даже при нагреве до температуры 550–600°, в то время как после цементации твердость поверхностного слоя может начать снижаться уже при нагреве изделия свыше 225°. Прочностные характеристики поверхностного слоя стали после азотирования в 1,5–2 раза выше, чем после закалки или цементации.

    Как протекает процесс азотирования

    Детали из металла помещают в герметично закрытый муфель, который затем устанавливается в печь для азотирования. В печи муфель с деталью нагревают до температуры, которая обычно находится в интервале 500–600°, а затем выдерживают некоторое время при таком температурном режиме.

    Вакуумная печь для термической обработки с системой газового азотирования

    Чтобы сформировать внутри муфеля рабочую среду, необходимую для протекания азотирования, в него под давлением подается аммиак. Нагреваясь, аммиак начинает разлагаться на составные элементы, данный процесс описывает следующая химическая формула:

    2NH3 → 6H + 2N.

    Атомарный азот, выделяющийся в процессе протекания такой реакции, начинает диффузировать в металл, из которого изготовлена обрабатываемая деталь, что приводит к образованию на ее поверхности нитридов, характеризующихся высокой твердостью. Чтобы закрепить результат и не дать поверхности детали окислиться, муфель вместе с изделием и аммиаком, который в ней продолжает оставаться, медленно охлаждают вместе с печью для азотирования.

    Нитридный слой, формирующийся на поверхности металла в процессе азотирования, может иметь толщину в интервале 0,3–0,6 мм. Этого вполне достаточно для того, чтобы наделить изделие требуемыми прочностными характеристиками. Обработанную по такой технологии сталь можно не подвергать никаким дополнительным методам обработки.

    Классификация процессов азотирования

    Процессы, протекающие в поверхностном слое стального изделия при его азотировании, достаточно сложны, но уже хорошо изучены специалистами металлургической отрасли. В результате протекания таких процессов в структуре обрабатываемого металла формируются следующие фазы:

    • твердый раствор Fe3N, характеризующийся содержанием азота в пределах 8–11,2%;
    • твердый раствор Fe4N, азота в котором содержится 5,7–6,1%;
    • раствор азота, формирующийся в α-железе.

    Дополнительная α-фаза в структуре металла формируется тогда, когда температура азотирования начинает превышать 591°. В тот момент, когда степень насыщения данной фазы азотом достигает своего максимума, в структуре металла формируется новая фаза. Эвтектоидный распад в структуре металла происходит тогда, когда степень его насыщения азотом достигает уровня 2,35%.

    Клапана высокотехнологичных двигателей внутреннего сгорания обязательно проходят процесс азотирования

    Факторы, оказывающие влияние на азотацию

    Основными факторами, которые оказывают влияние на азотирование, являются:

    • температура, при которой выполняется такая технологическая операция;
    • давление газа, подаваемого в муфель;
    • продолжительность выдержки детали в печи.

    На эффективность протекания такого процесса также оказывает влияние степень диссоциации аммиака, которая, как правило, находится в интервале 15–45%. При повышении температуры азотирования твердость формируемого слоя снижается, но процесс диффузии азота в структуру металла ускоряется. Снижение твердости поверхностного слоя металла при его азотировании происходит из-за коагуляции нитридов легирующих элементов, входящих в его состав.

    Влияние температуры и легирующих элементов на формирование азотированного слоя

    Для ускорения процесса азотирования и повышения его эффективности применяют двухэтапную схему его выполнения. Первый этап азотирования при использовании такой схемы выполняют при температуре, не превышающей 525°. Это позволяет придать поверхностному слою стального изделия высокую твердость. Для выполнения второго этапа процедуры деталь нагревают до температуры 600–620°, при этом глубина азотированного слоя достигает требуемых значений, а сам процесс ускоряется практически в два раза. Твердость поверхностного слоя стального изделия, обработанного по такой технологии, не ниже, чем аналогичный параметр изделий, прошедших обработку по одноступенчатой методике.

    Типы азотируемых сталей

    Обработке по технологии азотирования могут подвергаться как углеродистые, так и легированные стали, характеризующихся содержанием углерода в пределах 0,3–0,5%. Максимального эффекта при использовании такой технологической операции удается добиться в том случае, если ей подвергаются стали, в химический состав которых входят легирующие элементы, формирующие твердые и термостойкие нитриды. К таким элементам, в частности, относятся молибден, алюминий, хром и другие металлы, обладающие подобными характеристиками. Стали, содержащие молибден, не подвержены такому негативному явлению, как отпускная хрупкость, которая возникает при медленном остывании стального изделия. После азотирования стали различных марок приобретают следующую твердость:

    Твердость сталей после азотирования

    Легирующие элементы, находящиеся в химическом составе стали, увеличивают твердость азотированного слоя, но вместе с тем уменьшают его толщину. Наиболее активно на толщину азотируемого слоя оказывают влияние такие химические элементы, как вольфрам, молибден, хром и никель.

    В зависимости от сферы применения изделия, которое подвергается процедуре азотирования, а также от условий его эксплуатации для осуществления такой технологической операции рекомендуется использовать определенные марки стали. Так, в соответствии с технологической задачей, которую необходимо решить, специалисты советуют применять для азотирования изделия из следующих марок сталей.

    38Х2МЮА

    Это сталь, которая после азотирования отличается высокой твердостью наружной поверхности. Алюминий, содержащийся в химическом составе такой стали, снижает деформационную стойкость изделия, но в то же время способствует повышению твердости и износостойкости его наружной поверхности. Исключение алюминия из химического состава стали позволяет создавать из нее изделия более сложной конфигурации.

    40Х, 40ХФА

    Данные легированные стали используются для изготовления деталей, применяемых в области станкостроения.

    30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА

    Эти стали служат для производства изделий, подвергающихся в процессе своей эксплуатации частым циклическим нагрузкам на изгиб.

    30Х3МФ1

    Из данного стального сплава изготавливаются изделия, к точности геометрических параметров которых предъявляются высокие требования. Для придания более высокой твердости деталям из данной стали (это преимущественно детали топливного оборудования) в ее химический состав могут добавлять кремний.

    Характеристики некоторых сталей после азотирования

    Технологическая схема азотирования

    Чтобы выполнить традиционное газовое азотирование, инновационное плазменное азотирование или ионное азотирование, обрабатываемую деталь подвергают ряду технологических операций.

    Подготовительная термообработка

    Такая обработка заключается в закалке изделия и его высоком отпуске. Закалка в рамках выполнения такой процедуры осуществляется при температуре около 940°, при этом охлаждение обрабатываемого изделия производят в масле или воде. Последующий после выполнения закалки отпуск, проходящий при температуре 600–700°, позволяет наделить обрабатываемый металл твердостью, при которой его можно легко резать.

    Режимы термообработки перед азотированием

    Механическая обработка

    Эта операция заканчивается его шлифовкой, позволяющей довести геометрические параметры детали до требуемых значений.

    Защита участков изделия, которые не требуют азотирования

    Осуществляется такая защита путем нанесения тонкого слоя (не более 0,015 мм) олова или жидкого стекла. Для этого используется технология электролиза. Пленка из данных материалов, формирующаяся на поверхности изделия, не позволяет азоту проникать в его внутреннюю структуру.

    Выполнение самого азотирования

    Подготовленное изделие подвергают обработке в газовой среде.

    Рекомендуемые режимы азотирования стали

    Финишная обработка

    Этот этап необходим для того, чтобы довести геометрические и механические характеристики изделия до требуемых значений.

    Степень изменения геометрических параметров детали при выполнении азотирования, как уже говорилось выше, очень незначительна, и зависит она от таких факторов, как толщина слоя поверхности, который подвергается насыщению азотом; температурный режим процедуры. Гарантировать практически полное отсутствие деформации обрабатываемого изделия позволяет более усовершенствованная технология – ионное азотирование. При выполнении ионно-плазменного азотирования стальные изделия подвергаются меньшему термическому воздействию, благодаря чему их деформация и сводится к минимуму.

    В отличие от инновационного ионно-плазменного азотирования, традиционное может выполняться при температурах, доходящих до 700°. Для этого может применяться сменный муфель или муфель, встроенный в нагревательную печь. Использование сменного муфеля, в который обрабатываемые детали загружаются заранее, перед его установкой в печь, позволяет значительно ускорить процесс азотирования, но не всегда является экономически оправданным вариантом (особенно в тех случаях, когда обработке подвергаются крупногабаритные изделия).

    Пуансон массой более 230 кг, подвергнутый азотированной обработке

    Типы рабочих сред

    Для выполнения азотирования могут использоваться различные типы рабочих сред. Наиболее распространенной из них является газовая среда, состоящая на 50% из аммиака и на 50% из пропана или из аммиака и эндогаза, взятых в таких же пропорциях. Процесс азотирования в такой среде выполняется при температуре 570°. При этом изделие подвергается воздействию газовой среды на протяжении 3 часов. Азотированный слой, создаваемый при использовании такой рабочей среды, имеет небольшую толщину, но высокую прочность и износостойкость.

    Большое распространение в последнее время получает метод ионно-плазменного азотирования, выполняемого в азотосодержащей разряженной среде.

    Ионно-плазменное азотирования – взгляд «изнутри»

    Отличительной особенностью ионно-плазменного азотирования, которое также называют обработкой при тлеющем разряде, является то, что обрабатываемую деталь и муфель подключают к источнику электрического тока, при этом изделие выступает в качестве отрицательно заряженного электрода, а муфель – в роли положительно заряженного. В результате между деталью и муфелем формируется поток ионов – своего рода плазма, состоящая из N2 или NH3, за счет которой происходят и нагрев обрабатываемой поверхности, и ее насыщение необходимым количеством азота.

    Кроме традиционного и ионно-плазменного азотирования процесс насыщения поверхности стали азотом может выполняться в жидкой среде. В качестве рабочей среды, которая имеет температуру нагрева порядка 570°, в таких случаях используется расплав цианистых солей. Время азотирования, выполняемого в жидкой рабочей среде, может составлять от 30 до 180 минут.