4. Властивості та практичне застосування

Азотування застосовується для покращання властивостей широкої гами матеріалів, зокрема сталей, чавунів та тугоплавких металів.

Конструкційні сталі піддають азотуванню для підвищення їх границі витривалості. Після азотування границя витривалості колінчастих валів авіаційного двигуна із сталі 18Х2Н4МА збільшується на 25-60 %. Основною причиною підвищення границі витривалості є створення в азотованому шарі залишкових напружень стиску, величина яких на поверхні досягає 500-1000 МПа. В перехідній зоні виникають напруження розтягу, що дорівнюють 200-300 МПа.

Границя витривалості азотованих виробів тим більша, чим вища міцність серцевини.

Максимальне значення границі витривалості досягається при порівняно невеликій глибині шару (0.15-0.20 мм).

Сталі феритного, мартенситного та аустенітного класів піддають азотуванню для підвищення твердості, зносостійкості та ерозійної стійкості. Після азотування їх найбільш широко використовують в енерго­машино­будуванні.

Для отримання зносостійкого шару феритні та аустенітні високохромисті сталі частіше азотують при 560-600 С.

Корозійна стійкість поверхневого шару нержавіючих феритних і аустенітних сталей в результаті азотування погіршується.

Азотування більшості аустенітних сталей дозволяє одержати шар товщиною не більше 0.12-0.15 мм. Азотування сильно понижує жароміцність сталей.

Піддають азотуванню й інструментальні сталі. Короткочасне азотування ріжучого і накатного інструменту (свердл, мітчиків, накатників та інше) із швидкоріжучої сталі збільшує його стійкість в 1.5-2.0 рази.

Найкращий комплекс механічних властивостей, зносостійкості та теплостійкості для інструменту зі швидкоріжучої сталі забезпечується при товщині шару 0.010-0.025 мм, яка може бути отримана азотуванням при 510-520 С: дрібного інструменту ( діаметром < 15 мм) протягом 15-20 хв, більшого (16-30 мм) – 25-35 хв і великого – 60 хв. Можна вести процес при 560 С протягом 10-20 хв.

Після вказаних режимів азотування утворюються шари з високими твердістю –1340-1460 HV і теплостійкістю (700 HV зберігається до 700 С). Твердість азотованого шару тим вища, чим більш легований твердий розчин.

Добре азотуються сталі, які містять 12 % Cr (Х12М, Х12Ф1). Азотування проводять при 510-520 С протягом 8-12 год. В результаті утворюється шар товщиною 0.08-0.12 мм і твердістю 1100-1200 HV. Він має теплостійкість до 650-660 С і більшу зносостійкість, ніж шар на швидкоріжучій сталі.

У штампових сталях, які володіють підвищеною в’язкістю, товщина азотованого шару може сягати 0.20-0.25 мм.

Найкраще поєднання міцності, в’язкості та розжаростійкості азотовані штампи мають після гартування з пониженої температури (1000-1050 С) і відпуску при 560-600 С. Після гартування з температур 1100-1200 С і відпуску при 560-580 С твердість і міцність збільшуються, а в’язкість знижується.

Азотування широко використовують для поверхневого зміцнення високоміцного магнієвого чавуну.

Елементи Mn, Si, Mg, Cr, Ge, Mo, W, Ni збільшують твердість азотованого шару на чавуні та зменшують його глибину. Алюміній збільшує твердість, не понижуючи глибини шару.

Азотований високоміцний чавун має високу зносостійкість в умовах граничного та сухого тертя ковзання.

Зносостійкість азотованих колінчастих валів з високоміцного чавуну, які працюють у парі з вкладкою, в 2.5-5.0 раз вища порівняно з неазотованою парою.

Підвищення температури азотування від 560 до 670 С спричинює зменшення тимчасового опору та збільшення пластичності ферито-перлітного чавуну внаслідок сфероїдизації цементиту і розпаду перліту. Тому температура азотування не повинна бути вищою за 560-580 С.

В останні роки процес азотування почав використовуватися і стосовно тугоплавких металів – Ti, Mo, Nb, V та їх сплавів. Азотуванням можна збільшити твердість, зносостійкість поверхні, а в деяких випадках і жароміцність.