15.3 Назначение и технология азотирования

Азотирование – ХТО, при которой поверхностные слои изделия насыщаются азотом.

При азотировании увеличиваются не только твердость и износостойкость, но также повышается коррозионная стойкость.

1. Технология азотирования.

Процесс проводят на готовых деталях, прошедших окончательную механическую и термическую обработку.

При азотировании изделия загружают в особые герметичные печи (рис. 15.3), куда поступает аммиак NH₃, при нагреве диссоциирущий. Атомарный азот поглощается поверхностью и диффундирует вглубь изделия.

Рисунок 15.3 – Схема азотирования.

Фазы, получающиеся в азотированном слое углеродистых сталей, хрупкие и не обеспечивают высокой твердости; используют стали, содержащие алюминий, молибден, хром, титан. Нитриды этих элементов дисперсны и обладают высокой твердостью.

В зависимости от назначения различают азотирование:

- для повышения поверхностной твердости и износостойкости;

- для улучшения коррозионной стойкости.

В первом случае процесс проводят при температурах (500…560) С в течение (24…90) часов, т.к. его скорость 0,01 мм/ч.

Содержание азота в поверхностном слое составляет (10…12) %, толщина слоя (h) – (0,3…0,6) мм. На поверхности получают твердость около 1000 HV. Охлаждение проводят вместе с печью.

Значительное сокращение времени азотирования достигается при ионном азотировании, когда между катодом (деталью) и анодом (контейнером) возбуждается тлеющий разряд. Распыление осуществляется в течение (5…60) мин при напряжении (1100…1400) В и давлении (10…20) Па.

Антикоррозионное азотирование проводят и для легированных, и для углеродистых сталей. Температура проведения азотирования (650…700) С, продолжительность процесса – 10 часов. На поверхности образуется слой  фазы толщиной (0,01…0,03) мм, который обладает высокой стойкостью против коррозии.

2. Строение азотированного слоя.

После азотирования в сердцевине изделия сохраняется структура сорбита, которая обеспечивает повышенную прочность и вязкость. Железо с азотом образует 4 фазы, на которые распространяется своя диаграмма состояния Fe-N: α фаза – азотистый феррит;  фаза – азотистый аустенит;  фаза – азотистый сорбит;  фаза – гомогенная фаза внедрения (с гексагональной кристаллической решеткой).

Структура азотированного слоя представлена на рис. 15.4.

α	α + ’	’	
Рисунок 15.4 – Структура азотированного слоя (х800).

15.4 Цианирование и нитроцементация

В основе обоих способов ХТО лежит насыщение поверхностного слоя детали углеродом и азотом одновременно.

1. Цианирование.

Осуществляется в ваннах с расплавленными цианистыми солями, например NaCN с добавками солей NаCl, BaCl и др.

Глубина слоя и концентрация в нем углерода и азота зависят от температуры процесса и его продолжительности.

Цианированный слой обладает высокой твердостью (58…62) HRC и хорошо сопротивляется износу. Повышаются усталостная прочность и коррозионная стойкость. Продолжительность процесса составляет (0,5…2) часа.

В зависимости от температурного режима различают:

1. Высокотемпературное цианирование – проводится при температуре (800…950) С, сопровождается преимущественным насыщением стали углеродом до (0,6…1,2) %, (жидкостная цементация). Содержание азота в цианированном слое (0,2…0,6) %, толщина слоя (0,15…2) мм. После цианирования изделия подвергаются закалке и низкому отпуску.

По сравнению с цементацией высокотемпературное цианирование происходит с большей скоростью, приводит к меньшей деформации деталей, обеспечивает большую твердость и сопротивление износу.

2. Низкотемпературное цианирование – проводится при температуре (540…600) С, сопровождается преимущественным насыщением стали азотом.

Проводится для инструментов из быстрорежущих, высокохромистых сталей. Является окончательной обработкой.

Основным недостатком цианирования является ядовитость цианистых солей.