2.3. Зносостійкість азотованого шару

Вплив азотування на підвищення зносостійкості сталі при роботі на тертя в агресивних середовищах є разючим для високохромистої нержавіючої й хромонікелевої аустенітоної сталі, незважаючи на те, що азотування трохи понижує їхні антикорозійні властивості.

Вплив азотування на зношування нержавіючої сталі [213]

	Сталь із 18 % Сг і 8% Ni		Сталь із 12-14% Сг
	не азотована	азотована	не азотована	азотована
Число ходів плунжера Втрати у вазі в % . . .	6000 0,85	30000 0,002	10000 3,35	50 000 0,018

В таблиці наведено результати випробувань на стирання азотованої нержавіючої сталі двох типів, що застосовується для кульок і сідел нафтових насосів, що працюють на тертя в агресивному середовищі в присутності сірчистих вод.

У літературі є вказівки про те, що азотовані деталі володіють в 2-4 рази більшою стійкістю, чим деталі навуглецьовані, ціановані або виготовлені з високовуглецевих і легованих сталей. Іноді азотовані деталі працюють в 5-10 разів довше неазотованих; при інших умовах роботи на стирання азотовані деталі володіють майже такою ж стійкість, як і деталі виготовлені з легованої, сталі (наприклад зі сталі марок Х12М).

У такий спосіб доцільність азотування тої або іншої деталі повинна бути ретельно зважена; при цьому повинні бути враховані, крім стійкості на стирання, і інші переваги й недоліки азотованого шару (підвищена крихкість), а також особливості технології обробки деталей.

3.Технологія азотування

Розрізняють два види азотування:

1. Низькотемпературне азотування проводять при температурі нижче за 600 С в різних насичуючих середовищах. В результаті, незалежно від середовища, переважно дифундує азот, а будова шару визначається діаграмою стану Fe-N. Вуглець (кисень) приймає участь у формуванні поверхневих нітридних зон шару, утворюючи карбонітриди (карбооксиди).

Низькотемпературне азотування проводять в частково дисоційованому аміаку, в сумішах аміаку та азоту, аміаку і попередньо дисоційованого аміаку. Для активації процесу в аміачно-водневу суміш вводять кисень або повітря.

2. Високотемпературне азотування проводять при температурах вищих за температуру евтектоїдного перетворення (600-1200 С). Цей вид азотування використовують для феритних і аустенітних сталей, тугоплавких металів (титану, молібдену, ніобію, ванадію та інших)[1‑3].

Після азотування сталь отримує: високу твердість поверхні, яка не змінюється при нагріванні до 400-500 С; низьку схильність до задирання і високий опір зношуванню; високу границю витривалості і кавітаційну стійкість; добрий опір корозії на повітрі, у прісній воді та парі.

Вироби під час азотування зазнають невеликої деформації. Утворення фаз, що містять азот в поверхневих шарах, відбувається із збільшенням об’єму. Тому на поверхні азотованої деталі виникають напруження стиску, що в свою чергу підвищує межу втоми, оскільки втомні тріщини виникають в результаті розтягуючи напружень σ_т=500-600МПа.

Азотований шар добре піддається шліфуванню та поліруванню.

Іонне азотування

Найбільше поширення в даний час отримало азотування йонізованим азотом у плазмі тліючого розряду (іонне азотування).

Іонне азотування має наступні переваги:

• більшу швидкість насичення (в 1.5-2 рази);

• можливість проведення регульованих процесів азотування з оптимізацією дифузійних шарів за фазовим складом та будовою з врахуванням умов експлуатації деталей;

• мінімальні деформації виробів у процесі обробки і високий клас чистоти поверхні;

• значне зменшення загального часу нагрівання та охолодження садки; більшу економічність процесу, підвищення коефіцієнта використання електроенергії, зменшення витрат насичуючих газів.

Суть іонного азотування полягає в наступному. В розрідженій атмосфері, в якій присутній азот, між катодом (деталлю) і анодом збуд­жується тліючий розряд. Іони газу, бомбардуючи поверхню катоду, нагрівають її до температури насичення. Температура азотування становить 470-580 С, розрідження – 130-1300 Па, робоча напруга коливається від 400 до 1000 В, тривалість процесу – від декількох хвилин до 24 год.

Як азотомісткі гази, використовують аміак, азот і суміш азоту з воднем. В азотній плазмі присутність кисню не допускається, тому що при цьому зменшується активність робочої атмосфери; водень не­значно впливає на ріст шару.

Іонне азотування можна вести також у вільній від водню плазмі. Для регулювання складу нітридної зони за вуглецем в нітридну атмосферу вводять гази, які містять азот.

Процес іонного азотування проводиться в дві стадії: 1) очищення поверхні катодним розпиленням; 2) власне насичення.

Один з недоліків пічного азотування – окрихчення поверхні. Іонне азотування дозволяє отримати шар з регульованим фазовим складом і будовою, забезпечує широкий діапазон пластичності зміцнених матеріалів.