33. Азотирование стали. Стали для азотирования.

33.1. Азотирование стали — насыщение поверхности стальных деталей азотом для повышения твердости, износоустойчивости и коррозионной стойкости.

Азотирование стали впервые было предложено акад. Н. П. Чижевским. Процесс азотирования стальных деталей заключается в поверхностном насыщении азотом в среде диссоциированого аммиака (NH3) при температурах нагрева 500—700° С в течение 20—90 ч^{[источник не указан 177 дней]}. Глубина азотированного слоя допускается в пределах 0,2—0,8 мм.^{[источник не указан 177 дней]}

При азотировании образуется атомарный азот, который поглощается поверхностью стальных деталей с образованием твердого раствора азота в матрице металла, нитридов железа и нитридов легирующих элементов.^{[источник не указан 177 дней]}

Технологический процесс изготовления деталей при применении азотирования состоит из:

1. предварительная термическая обработка детали;

2. механическая обработка детали, включая шлифование;

3. защита мест, не подлежащих азотированию (покрытие тонким слоем олова гальваническим способом);

4. азотирование;

5. окончательное шлифование.

При азотировании может быть коробление деталей. Тем больше, чем выше температура азотирования и глубина азотированного слоя и чем тоньше стенки детали.

33.2. Азотируемые детали, от которых требуется высокая твердость и износостойкость, изготовляют из сталей 38ХМЮА и 38ХВФЮА (гильзы цилиндров двигателей, шпиндели, втулки, валики и др.)-Сталь 38ХМЮА имеет высокие механические свойства (твердость после закалки НВ 420—480, после закалки и отпуска при 600— 625° С НВ 260—290), прокаливаемость до 50 мм, твердость азотированного слоя НУ 1000—1200. Сталь 38ХВФЮА содержит меньше алюминия и не имеет в своем составе дефицитного молибдена. Прочность и прокаливаемость этой стали такие же, как и стали 38ХМЮА; азотированный слой менее хрупок, но твердость его ниже (НУ 850—950).

Ответственные детали высокой прочности и вязкости, работающие в условиях повторно-переменных нагрузок (коленчатые валы, зубчатые колеса, шатуны и др.), изготовляют из сталей 30Х2НВФА, 18Х2Н4ВА, 40ХНВА и др. Эти стали обладают большой прокаливаемостью (например, сталь 18Х2Н4ВА при закалке с охлаждением в масле прокаливается насквозь в сечении до 120—150 мм), и поэтому их применяют для изготовления деталей больших размеров. Поверхностная твердость этих сталей после азотирования НУ 600—850.

Азотированию подвергают также детали из коррозионностой-ких, жаростойких и жаропрочных сталей, работающих на трение в агрессивных средах и при высоких температурах; матрицы и пуансоны для горячей штамповки, пресс-формы из инструментальных сталей для литья под давлением (Х12Ф1, ЗХ2В8Ф и др.); пружины из сталей 50ХФА, 60С2.

Для азотирования целесообразно применять стали, содержащие титан. В сталях с содержанием 0,25—0,4% С, имеющих соотношение Л/С от 6,5 до 9,5, получаются нехрупкие, хорошо сцепленные с основой азотированные слои твердостью НУ 850— 950.

34. Нитроцементация стали. Азотонауглероживание.

34.1. Нитроцементация сталей — процесс насыщения поверхности стали одновременно углеродом и азотом при 700—950 °C в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа иаммиака. Наиболее часто нитроцементация проводится при 850—870 °С. После нитроцементации следует закалка в масло с повторного нагрева или непосредственно из нитроцементационной печи с температуры насыщения или небольшого подстуживания. Для уменьшения деформации рекомендуется применять ступенчатую закалку с выдержкой в горячем масле 180—200 °С.

По сравнению с цементацией нитроцементация имеет ряд существенных преимуществ. При легировании аустенита азотом снижается температура α ↔ γ-превращения, что позволяет вести процесс насыщения при более низких температурах. Одновременно в присутствии азота резко возрастает диффузионная подвижность углерода в аустените (табл. 1). С повышением температуры эффект ускорения уменьшается (табл. 1).

Таблица 1. Коэффициенты диффузии C и N при нитроцементации (Б. Прженосил)
Температура, °С	Нитроцементация		Цементация
	DN·10−11, м2/c	DC·10−11, м2/c	DC·10−11, м2/c	DC нитроцементации/DC цементации
850	0,3	0,38	0,17	2,24
900	0,6	0,75	0,38	1,97
950	1,08	1,17	0,87	1,38

Несмотря на значительно более низкую температуру насыщения, скорость роста диффузионного слоя при цементации (930—950 °С) и нитроцементации (840—860 °С)на толщину 0,5—0,8 мм практически одинакова. Производственный цикл при нитроцементации по сравнению с цементацией сокращается на 50—60 %.

Понижение температуры насыщения, без увеличения длительности процесса, позволяет снизить деформацию обрабатываемых деталей, повысить стойкость печного оборудования и уменьшить время на подстуживание перед закалкой.