Нитроцементация

Нитроцементацией называют процесс диффузионного насыщения

поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при 840— 860 °С в

газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Продолжительность

процесса 4—10 ч. Основное назначение нитроцементации — повышение твердости,

износостойкости и предела выносливости стальных деталей.

Для нитроцементации легированных сталей рекомендуется использовать

контролируемую эндотермическую атмосферу, к которой добавляют 1,5—5,5 %

(объемн.) необработанного природного газа и 1,0— 3,5 % (объемн.) NH3.

После нитроцементации следует закалка непосредственно из печи, реже после

повторного нагрева, применяют и ступенчатую закалку. После закалки проводят

отпуск при 160—180 °С.

При оптимальных условиях насыщения структура нитроцементованного слоя

должна состоять из мелкокристаллического мартенсита, небольшого количества

мелких равномерно распределенных карбонитридов и 25—30 % остаточного

аустенита.

Твердость слоя после закалки и низкого отпуска HRC 58—60, HV 5700—6900

МПа. Высокое содержание остаточного аустенита обеспечивает хорошую

прирабатываемость.

Азотирование стали

Азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного

слоя стали азотом при нагреве ее в аммиаке. Азотирование повышает твердость

поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление

коррозии в таких средах, как воздух, вода, пар и т. д. Твердость азотированного слоя

заметно выше, чем цементуемой стали. Азотирование широко применяется для зубчатых колес, цилиндров двигателей, деталей машин.

Процесс азотирования проводят при 500—600 °С в атмосфере частично

диссоциированного аммиака:

2NH3 > 3Н2 + 2NАТ;

NАТ > Feα > Feα (N) > γ' (Fe4N) > ε (Fe2-8N).

Азотированный слой на железе состоит из нитридной зоны Fe2-3N (ε-фаза) и Fe4N

(γ'-фаза) и подслоя азотистого феррита (α-фаза), в котором при охлаждении

выделяется нитрид железа Fe4N. При азотировании выше 600 °С между нитридным

слоем и α-фазой образуется слой азотистого аустенита (γ-фаза).

Азотированию подвергают среднеуглеродистые легированные стали,

содержащие Сг, Мо, V, W и А1, которые приобретают особо высокую твердость и

износостойкость.

При азотировании легированных сталей образуются нитриды Cr2N, Mo2N, VN и

др., которые, выделяясь в α-фазе (т. е. азотистом феррите) в дисперсном виде,

препятствуют движению дислокаций и тем самым повышают твердость

азотированного слоя. Наиболее сильно повышают твердость нитриды ванадия, хрома,

молибдена, а также алюминий, который растворяется в γ'-фазе.

Если главными требованиями, предъявляемыми к азотированному слою,

являются высокая твердость на поверхности до HV 1200 и износостойкость, то

применяют сталь 38Х2МЮА. Молибден устраняет отпускную хрупкость в стали.

Азотирование изделий сложной конфигурации рекомендуется выполнять при

500—520 °С. Продолжительность процесса зависит от требуемой толщины

азотированного слоя. Чем выше температура азотирования, тем ниже твердость

азотированного слоя и больше толщина слоя. Снижение твердости азотированного

сдоя связано с коагуляцией частиц нитридов легирующих элементов.

Обычно при азотировании желательно иметь слой толщиной 0,3—0,6 мм. В этом

случае процесс азотирования при 500—520 СС продолжается 24—90 ч.

Для ускорения процесса применяют двухступенчатое азотирование сначала при

500—520 СС, а затем при 540—560 СС, при этом сокращается продолжительность

процесса при сохранении высокой твердости азотированного слоя. Для сокращения длительности процесса применяют азотирование в плазме

тлеющего разряда.

В процессе насыщения азотом изменяются размеры изделия из-за увеличения

объема поверхностного слоя.

В последние годы получило распространение азотирование при 570 °С в

атмосфере, содержащей 50 % (объемн.) эндогаза и 50 % NH3 или 50 % СН4 и 50 % NH3,

а также в расплавленных солях [55 % (NH2) CO + 45 % Na2CO3], через которые

пропускается сухой воздух (соли расплавляют в титановых тиглях). В результате

такой обработки на поверхности образуется тонкий слой карбонитрида Fe2-3 (N, С),

обладающий высокой твердостью (HV 600—1200) и износостойкостью. Такая

обработка повышает предел выносливости.