производство и поставка оборудования для механических испытаний, неразрушающего контроля, химического анализа и визуального контроля, диагностического оборудования, приборов визуального контроля, систем контроля доступа персонала, элементов систем умного производства. Испытательная лаборатория. Сервисный центр

Глава 5.5 / 5.5.2 / 5.5.2.3. Азотирование

Азотирование — это насыщение поверхности стали азотом. Процесс осуществляется в среде аммиака в интервале температур 480… 560 ºС. При таких температурах происходит диссоциация аммиака с образованием атомарного азота (2NH3 → 2N + ЗН2), который диффундирует в поверхностные слои детали. Растворимость в стали азота больше, чем углерода, — 0,1 % при 591 °С.

Азотирование применяют для среднеуглеродистых легированных сталей, содержащих Сг, Mo, V, Аl, потому что углеродистые стали при азотировании практически не упрочняются (рис. 5.25, а). Азот образует с легирующими элементами устойчивые нитриды, которые придают азотированному слою высокую твердость. Наибольшую твердость имеют нитриды алюминия. Твердость поверхности деталей из стали 38Х2МЮА, которая содержит алюминий и была специально разработана для упрочнения азотированием, после азотирования достигает 1100... 1200 HV (см. подразд. 6.3).

Рис. 5.25. Влияние параметров азотирования на твердость (а) и толщину азотированного слоя (б)

Рис. 5.26. Схема установки ионного азотирования: 1 — система подачи газа; 2 — прибор, регулирующий температуру; 3 — блок электропитания; 4 — вакуумный контейнер; 5 — детали; 6 — вакуумный насос

Обычно процесс азотирования ведут при температурах 500... 520 °С. В этом случае получают слой толщиной до 0,5 мм за 24... 90 ч. Толщина слоя тем больше, чем дольше проходит процесс (рис. 5.25, б). Такая длительность объясняется слабой диффузией азота вследствие низкой температуры проведения процесса. Для ускорения процесса применяют двухступенчатое азотирование. Вначале его ведут при 500... 520 °С, а затем при 540... 560 °С. Это ускоряет процесс в 1,5 — 2 раза при сохранении высокой твердости азотированного слоя. Дальнейшее повышение температуры заметно снижает твердость (см. рис. 5.16, а).

Значительно сократить продолжительность процесса позволяет ионное азотирование. Детали помещают в вакуумную камеру (рис. 5.26). Между катодом (деталью) и анодом (вакуумный контейнер) возбуждается тлеющий разряд в среде газа, содержащего атомы и ионы азота. При этом к поверхности детали (катоду) устремляется поток положительно заряженных ионов азота. При ударах ионов о катод выделяется теплота, за счет которой происходит разогрев поверхности детали. При этом растворимость азота в железе повышается, и он диффундирует в деталь. Рабочее давление в камере печи составляет 130... 1300 Па. По сравнению с газовым ионное азотирование имеет ряд преимуществ: меньшую продолжительность процесса, более высокое качество азотированного слоя, пониженную хрупкость слоя.

Перед азотированием детали подвергают термической обработке, состоящей из закалки и высокотемпературного отпуска (улучшения). При этом достигается высокая ударная вязкость. Затем производят механическую обработку, включая шлифование, придающую окончательные размеры изделию. Азотирование может быть окончательной обработкой в технологическом процессе изготовления деталей.

Это возможно, во-первых, потому, что температура азотирования ниже температуры высокого отпуска. Поэтому полученные при улучшении структура и свойства сердцевины детали остаются неизменными. Во-вторых, деформации при азотировании весьма малы и прогнозируемы, так как низкая температура азотирования не вызывает температурных напряжений и ниже температуры (α  γ) -превращения, следовательно, не возникает и фазовых напряжений. Размеры деталей изменяются за счет увеличения объема собственно азотированного слоя. Но эти изменения прогнозируемы и могут быть учтены корректировкой размеров. В ряде случаев после азотирования проводят доводку — тонкую шлифовку с припуском 0,02...0,05 мм.

Участки, не подлежащие азотированию, защищают тонким слоем (0,001 ...0,015 мм) олова, нанесенным электролитическим методом, или жидким стеклом.

Типичный технологический процесс изготовления деталей, упрочняемых азотированием:

  • заготовительная операция;
  • предварительная механическая обработка;
  • улучшение (закалка + высокий отпуск);
  • окончательная механическая обработка, включая шлифование;
  • защита участков детали, которые не следует упрочнять;
  • азотирование;
  • доводка (при необходимости).

К достоинствам азотирования следует отнести очень высокую твердость поверхности до I 100... 1200 HV (70...72 HRC, при цементации не более 60...64 HRC); сохранение твердости при нагреве свыше 500 °С (при цементации не выше 200 °С); коррозионную стойкость слоя. Для повышения коррозионной стойкости изделий проводят кратковременное азотирование при температуре 600...700 °С (15 мин для мелких деталей и 6... 10 ч для крупных деталей).

Недостатком по сравнению с цементацией является малая глубина слоя, это определяет слабое сопротивление высоким контактным нагрузкам — твердый слой может продавливаться в мягкую сердцевину. Кроме того, при азотировании наблюдается весьма резкий перепад твердости от упрочненного слоя к неупрочненному, являющийся концентратором напряжений.

Азотированию подвергают детали, определяющие точность оборудования, от которых требуется весьма высокая износостойкость: гильзы координатно-расточных станков, шпиндели шлифовальных станков, гильзы цилиндров, а также некоторые виды режущего (метчики) и штампового (вытяжные пуансоны) инструмента.

С 2011 года научно-производственное предприятие «УКРИНТЕХ» успешно работает и развивается в области контроля качества материалов и изделий.

Контакты

ООО НПП "Укринтех":
г. Харьков, ул.Ковтуна, д.50, корпус "А-5"

Для почты:
а/я 2304, Харьков-1, 61001, Украина

ООО НПП "Укринтех"
+38 (050) 499-09-89; +38 (067) 560-89-39
+38 (067) 575-45-10; +38 (057) 768-09-02

"ЦНИ Лаборатория"
+38 (098) 262-48-92

Компания

Производство и поставка
испытательного оборудования, оборудования для металлографии, приборов НК и др.

Сервисный центр
Ремонт, сервисное обслуживание и модернизация оборудования.

Центр независимых исследований
Аккредитованная испытательная лаборатория.