Азотирование
Азотирование (нитрирование) - диффузионное насыщение поверхности деталей азотом при температуре 500.. .520 °С.
Детали, подлежащие азотированию с указанными ранее целями, изготовляют обязательно из сталей, легированных: Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-Ni-W, Cr-Ni-Mo,Cr-Mo-Al и др. легирующие элементы повышают твердость азотированного слоя (особенно алюминий). До азотирования детали еще в заготовках подвергают термическому улучшению: закалке и высокотемпературному отпуску на сорбит.
Азотирование проводят в специализированных печах в потоке аммиака NH3.После азотирования термическая обработка не требуется, так как высокая твердость поверхностного слоя обеспечивается непосредственно в процессе азотирования и последующего медленного охлаждения1. Твердость азотированного слоя в зависимости от марки стали колеблется в пределах 1000... 1300 НV2 (твердость поверхностного слоя после цементации 706... 830 НV). Глубина слоя - 0,25...0,45мм (в отдельных случаях до 0,8 мм). Микроструктура азотированного слоя (рис.7), если азотирование проводилось при температура ниже 591С, состоит из , и фаз3.
В процессе азотирования и последующем медленном охлаждении образуются еще зародыши нитридов, полностью когерентные с окружающей -фазой.
А
а б
Рис.7. Структура азотированного слоя (по стрелке А) с нитридной корочкой, х100 (а) и х250 (б)
Однако -фаза обладает чрезвычайно высокой (большой) хрупкостью. Поэтому в процессе азотирования стремятся не допускать образования -фазы.
Сопоставление рассмотренных способов поверхностного упрочнения
При всех методах поверхностного упрочнения в поверхностных слоях создаются благоприятные остаточные напряжения сжатия1 (до 300...600 МПа, а в случае азотирования до 1000 МПа и более), которые существенно повышают усталостную прочность деталей2, уменьшают их чувствительность к концентраторам напряжений и увеличивают контактную прочность.
Детали после закалки ТВЧ обладают высокой статической и усталостной прочностью, высокой износостойкостью, контактной прочностью и малой чувствительностью к концентраторам напряжений. Но чаще всего закалку ТВЧ производят для увеличения износостойкости.
В сравнении со сквозной закалкой с печного нагрева при закалке ТВЧ отсутствуют явления окисления и обезуглероживания поверхности при нагреве. Закалка ТВЧ с успехом применяется вместо цементации, сквозной закалки с отпуском, так как позволяет снизить стоимость термической обработки, повысить производительность, получить значительную экономию легирующих элементов. Однако при закалке ТВЧ внешняя форма деталей имеет важнейшее значение. У многих деталей внешняя форма такова, что исключает возможность применить к ним такую закалку.
Назначение цементации деталей с последующей термической обработкой - придать их поверхностному слою высокую твердость и износостойкость, повысить предел контактной выносливости или предел выносливости (усталостной прочности) при изгибе и кручении. Однако себестоимость упрочнения цементацией примерно в 2,5…3 раза выше по сравнению с закалкой ТВЧ.
Азотирование следует использовать для деталей, испытывающих высокие циклические нагрузки при умеренных контактных напряжениях и работающих в условиях трения скольжения (или абразивного износа), а также в случаях, когда требуется низкая склонность к задирам.
Положительное влияние азотирования тем сильнее, чем меньше размеры поперечного сечения деталей и больше в ней концентраторов напряжений. Контактная усталостная прочность у азотированных сталей ниже, чем цементованных, но выше, чем у сталей после закалки ТВЧ. Толщина азотированного слоя деталей, работающих с контактными нагрузками, должна быть не менее 0,45...0,5 мм. Износостойкость азотированного слоя в 1,5…4 раза выше износостойкости закаленных высокоуглеродистых сталей, а также цементованного слоя.
При азотировании практически отсутствуют объемные изменения и коробление деталей.
Недостатки азотирования - высокая хрупкость и малая толщина слоя, необходимо изготавлять детали из легированных сталей, длительность процесса наибольшая.