5.Современные методы азотирования. Ионное азотирование.

Азотирование — это технологический процесс химико-термической обработки, при которой поверхность различных металлов или сплавов насыщают азотом в специальной азотирующей среде. Поверхностный слой изделия, насыщенный азотом, имеет в своём составе растворённые нитриды и приобретает повышенную коррозионную стойкость и высочайшую микротвёрдость. По микротвёрдости азотирование уступает только борированию, в то же время превосходя цементацию и нитроцементацию (незначительно).

Методы:

Газовое азотирование: Насыщение поверхности металла производится при температурах от 400 (для некоторых сталей) до 1200 (аустенитные стали и тугоплавкие металлы) градусов цельсия. Средой для насыщения является диссоциированный аммиак. Для управления структурой и механическими свойствами слоя при газовом азотировании сталей применяют: 1)двух-, трёхступенчатые температурные режимы насыщения.2)разбавление диссоциированного аммиака: воздухом, реже водородом

Контрольными параметрами процесса являются: степень диссоциации аммиака расход аммиака температура расходы дополнительных технологических газов (если применяются).

Ионно-вакуумное азотирование – метод с большими технологическими возможностями, который позволяет получать диффузионные слои желаемой структуры, поскольку процесс диффузионного насыщения управляем и может быть оптимизирован, в зависимости от конкретных технических требований. Путем регулирования состава ионизируемых газов и интенсивности тлеющего разряда могут быть получены диффузионные слои с ионофазной (нитридной) зоной или азотированные слои без нитридной зоны. Нитридная зона отличается высокой плотностью и хорошей связью с основным металлом.

Ионно-плазменное азотирование (ИПА) – Технология насыщения металлических изделий в азотсодержащем вакууме (примерно 0,01 атм.), в котором возбуждается тлеющий электрический разряд. Анодом служат стенки камеры нагрева, а катодом — обрабатываемые изделия. Для управления структурой слоя и механическими свойствами слоя применяют (в разные стадии процесса): изменение плотности тока; изменение расхода азота; изменение степени разряжения; добавки к азоту особочистых технологических газов: водорода, аргона, метана, кислорода.

Ионно-плазмененное азотирование позволяет улучшить следующие характеристики изделий: износостойкость; усталостную выносливость; антизадирные свойства; термостойкость; коррозионную устойчивость.

Ионное азотирование (азотирование в тлеющем разряде) является новым высокоэффективным методом поверхностного упрочнения деталей.

Методом ионного азотирования можно обрабатывать улучшаемые, специальные, инструментальные стали, а также чугуны.

Сущность ионного азотирования заключается в следующем. В разреженной азотсодержащей атмосфере между катодом (деталью) и стенками камеры электрической печи, которая заземлена и является анодом, возбуждается тлеющий разряд, и ионы газа, бомбардируя поверхность катода, нагревают его до температуры насыщения.

Рабочая температура процесса ионного азотирования выбирается в зависимости от обрабатываемого материала и может колебаться от 350 до 600°С (для улучшаемых сталей 500°С - 540°С). Напряжение 400-1100 В, разрежение 133-1330 Па.

Рабочее давление лимитируется свойствами тлеющего разряда. При давлении ниже 133 Па энергия ионов недостаточна для нагрева обрабатываемой детали до рабочей температуры, при давлении выше 1330 Па нарушается стабильность разряда, тлеющий разряд переходит в дуговой, что сопровождается появлением на поверхности оплавленных микрократеров

Выбор оптимального давления зависит от сложности конфигурации детали, так как с изменением давления изменяется протяженность каждой части разряда. С увеличением давления от 133 до 1330 Па область каждой части разряда уменьшается. Это необходимо учитывать для обеспечения равномерности диффузионного слоя по периметру изделия.

Плотность тока в больших пределах (0,5-20 мА/м2) не оказывает влияния на процесс азотирования.

В качестве азотсодержащих газов применяют аммиак, азот и смесь азота с водородом.

Глубина азотированного слоя может быть 0,2-0,8мм. Твердость 80-92 HRN15.