45. Азотирование. Сущность процесса, получаемые свойства, назначение.

Азотирование – насыщение азотом поверхностного слоя металла. Цель азотирования – увеличение поверхностной твердости деталей, повышение предела усталости, повышение коррозионной стойкости. Азотированию подвергают детали из сталей, содержащих Al, Cr, Mo и другие нитридообразующие элементы. В отличие от цементации азотирование проводят после окончательной упрочняющей термообработки: закалки с высоким отпуском (улучшения) с получением сорбитной структуры. В связи с тем, что азотированный слой имеет сравнительно небольшую глубину, а зона с наиболее высокой твердостью и коррозионной стойкостью имеет толщину всего в несколько сотых долей миллиметра, а иногда и менее, чистовую механическую обработку азотируемых деталей также проводят до азотирования, оставляя припуск лишь на легкое шлифование или полировку поверхности.

Азотирование проводят в специальных герметичных электропечах при температуре 500-550˚С, чаще всего с подачей в печь аммиака, который диссоциирует по реакции:

2NH₃ → 3Н₂ + 2N_ат

Глубина азотированного слоя составляет 0,1-0,5 мм; бóльшая глубина не рекомендуется, так как в этом случае образуется более толстый нитридный слой, вызывающий повышенную хрупкость.

Структура поверхностного слоя при длительном процессе (50-60 часов) состоит из очень твердого нетравящегося слоя нитридов Fe, Al, Cr, Mo, W и др. толщиной до 0,03 мм, далее следует сорбит с дисперсными включениями нитридов, переходящий в сорбит сердцевины. Наличие нитридного слоя необходимо в случае азотирования для повышения коррозионной стойкости и для деталей, работающих только на истирание. Твердость нитридного слоя может достигать HV2000. В случае более кратковременного азотирования (25-30 часов) нитридный слой не образуется. Твердость такого слоя составляет около HV1000.

Азотированный слой устойчив до 500-600˚С (цементация – до 200˚С).

Кроме повышения твердости, азотированный слой обладает еще одним положительным свойством: он создает на поверхности детали сжимающие напряжения, повышающие предел выносливости. К преимуществам азотированного слоя следует отнести также почти полное

отсутствие деформаций, в то время как при цементации в процессе охлаждения с высокой температуры и вследствие фазовых превращений в деталях возникают значительные напряжения, приводящие к поводкам и короблению.

Азотирование применяют для гильз цилиндров, распредвалов, точных шестерен, пружин, прессформ, шиберов задвижек и других дета-

лей, требующих сочетания высокой износостойкости и устойчивости против коррозии.

46. Нитроцементация. Сущность процесса, получаемые свойства, назначение.

Нитроцементация – процесс совместного насыщения поверхности стальных деталей азотом и углеродом. Исследования показали, что совместное диффузионное насыщение стали азотом и углеродом позволяет получать определенные преимущества. Например, азот способствует диффузии углерода, поэтому можно понизить температуру диффузионного насыщения до 850-870˚С и получить примерно такое же науглероживание, как при цементации. Проводится нитроцементация или в смеси природного газа и аммиака, или путем введения в печь триэтаноламина (С₂Н₅О)₃N в виде капель.

Процесс находит широкое применение, потому что обеспечивает получение слоя, близкого по свойствам к цементованному, а более низкая температура его проведения по сравнению с цементацией не вызывает сильного роста зерна и коробления, как при цементации; кроме этого, совместная диффузия азота и углерода происходит быстрее, чем диффузия этих элементов в отдельности. Продолжительность нитроцементации 3-10 часов, глубина слоя 0,6-0,8 мм. Упрочняющая термообработка проводится после нитроцементации и состоит из закалки и низкого отпуска на твердость 59-62 HRC. Отсутствие сильного роста зерна позволяет в ряде случаев проводить закалку сразу после нитроцементации после некоторого подстуживания.

Нитроцементации подвергают детали сложной конфигурации, склонные к короблению, например, шестерни и зубчатые колеса сложного профиля.

Совместное насыщение углеродом и азотом можно проводить также в расплавах цианистых солей (такой процесс называют цианированием). Насыщение при этом происходит быстрее, но из-за высокой стоимости и ядовитости цианистых солей этот процесс применяется все реже и реже.