4.4. 2. Азотирование

Азотирование стали - процесс насыщения поверхности изделия азотом. Процесс азотирования ведется в атмосфере аммиака NH₃ при температуре 480 - 750 °С.

Азотирование в промышленности применяется для следующих целей:

1. Повышение твердости и износоустойчивости на поверхности. Для этого применяются легированные стали, содержащие такие элементы, как А1, Сг, Мо, V и от 0, 3 до 0, 5 % С. Эти легирующие элементы образуют нитриды и карбонитриды, обладающие высокой твердостью. Нитриды и карбонитриды выделяются в дисперсном виде по плоскостям скольжения и этим самым сильно повышают твердость и износоустойчивость. Перед азотированием детали подвергаются улучшению (закалке и высокому отпуску). Температура азотирования 500 - 550° С. При этом получают слой глубиной 0, 4 - 0, 6 мм за 35 - 45 час. Твердость на поверхности составляет 1100 - 1200 единиц по Виккерсу.

2. Повышение усталостной прочности. Для этой цели подвергаются азотированию конструкционные стали любых марок. В азотированном слое возникают напряжения сжатия, которые и повышают предел усталости. После азотирования усталостная прочность у образцов без надреза повышаетсяна 30%, у образцов с надрезом - более чем на 225 %. Температура азотирования600-675 °С. Продолжительность процесса от 15 мин до 6 -10 час.

3. Повышение коррозионной стойкости. Азотированный слой обладает высокой коррозионной стойкостью в воде и воздушной атмосфере. Для этой цели азотированию подвергаются стали любых марок. Режимы азотирования те же, что и при азотировании с целью повышения усталостной прочности.

Твердость азотированного слоя выше , чем цементованного, и сохраняется до высоких температур 400 – 600 ⁰С, тогда как твердость цементированного слоя с мартенситовой структурой сохраняющейся лишь до 200 – 250^о С.

Атомарный азот, имеющий высокую активность, поглощается поверхностью и диффундирует в глубь детали. Структура азотированного слоя (от поверхности в глубь изделия) состоит из фаз ε + γ^’ → γ^’ →α + γ¹→ α + γ¹_изб, рис. 17.

Фазы, получающиеся в азотированном слое углеродистой стали, не обеспечивают достаточно высокой твердости и образующийся слой хрупкий. Поэтому для азотирования применяют легированные стали, содержащие алюминий, молибден, хром, титан и другие элементы. Нитриды этих элементов очень дисперсны и обладают высокой твердостью и термической устойчивостью. Типовыми азотируемыми сталями являются 38ХМЮА и 35ХМЮА.

Рис. 4.17. Микроструктура азотированного слоя железа.

Азотирование при 650 ⁰С с медленным охлаждением. Х 500

4.4. 3. Цианирование

Цианирование стали - одновременное насыщение поверхности азотом и углеродом.

Процесс цианирования можно производить в твердой, жидкой и газообразной средах.

Твердое цианирование производится аналогично твердой цементации, только в карбюризатор добавляют азотсодержащие вещества (цианистые соли).

Жидкое цианирование наиболее распространено в промышленности. Оно производится в смеси расплавленных цианистых солей с нейтральными солями. Недостатком процесса является вредность цианистых солей.

Газовое цианирование производится в смеси науглероживающего (светильного) и азотирующего (аммиака) газов.

По температурным условиям различают:

1. Высокотемпературное цианирование, которое производится взамен цементации при температуре 900 - 950° С.

Добавка аммиака ускоряет процесс, слой имеет более высокую твердость и износоустойчивость, чем при цементации. После высокотемпературного цианирования следует закалка и низкий отпуск.

2. Среднетемпературное цианирование производится при температурах 750 - 850 °С. Применяется для повышения износостойкости деталей из среднеуглеродистой стали (болты, гайки, шестерни). После цианирования применяется непосредственная закалка и низкий отпуск.

3. Низкотемпературное цианирование производится при температурах 550 -560 °С для повышения стойкости инструмента из быстрорежущей стали.

Процесс цианирования по сравнению с процессом цементации требует меньшего времени для получения слоя заданной толщины, характеризуется значительно меньшими деформации и короблением деталей сложной формы и более высоким сопротивлением износу и коррозии.

Недостатком цианирования является высокая стоимость, ядовитость цианистых солей и необходимость в связи с этим принятия специальных мер по охране труда.