25. Азотирование. Технология проведения работ. Структура и свойства. Нитроцементация

Азотирование — процесс химико-термической обработки, заключающийся в насыщении поверхностного слоя азотом для придания этому слою высокой твердости, износостойкости или устойчивости против коррозии.

Механические свойства деталей перед азотированием улучшают, подвергая их закалке и высокому отпуску. Толщина азотированного слоя составляет 0,2–0,6 мм. Азотированный слой хорошо шлифуется и полируется. Азотированию подвергают детали автомобилей, а также штампы, пресс-формы и др.

Азотирование приводит к небольшому увеличению размеров. Поэтому после азотирования детали подвергают окончательному шлифованию со снятием слоя 0,02—0,03 мм. Азотирование обычно проводят в среде аммиака при температуре 500—600°С. Аммиак разлагается с выделением активного азота в атомарном состоянии: 2NH3 ↔2N + 6H. При этих температурах в герметически закрытом муфеле, вставленном в печь, азот внедряется в поверхностный слой стали и вступает в химическое взаимодействие с легирующими элементами, образуя нитриды хрома, молибдена, вольфрама и др. Нитриды легирующих элементов повышают твердость стали до HRC 70. Углеродистые стали подвергают только антикоррозионному азотированию.

Для сокращения длительности азотирования в 2—3 раза используют ионное азотирование. Процесс проводят в разреженной азотосодержащей атмосфере (NH3 или N2) при подключении обрабатываемой детали к отрицательному электроду — катоду. Анодом служит контейнер установки. Между деталью и контейнером возбуждается тлеющий разряд, в котором ионы газа бомбардируют поверхность детали.

Продолжительность ионного азотирования составляет от 1 до 24 ч. Азотирование в жидких средах проводят при 540–590°С в расплавленных цианистых солях в течение 0,5–3 ч. При общей толщине азотированного слоя 0,15–0,5 мм на поверхности образуется тонкий (7–15 мкм) карбонитридный слой, обладающий высоким сопротивлением износу.

Нитроцементация сталей — процесс насыщения поверхности стали одновременно углеродом и азотом при 700—950 °C в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. 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.

23. Основа химико-термической обработка

Химико-термическая обработка — процесс химического и термического воздействия на поверхностный слой стали с целью изменения состава, структуры и свойств. Химико-термическая обработка широко применяется в машиностроении, так как является одним из наиболее эффективных методов упрочнения стальных деталей для повышения их долговечности.

Недостатком процессов химико-термической обработки является их малая производительность.

Химико-термическая обработка основана на диффузии атомов различных химических элементов в кристаллическую решетку железа при нагреве в среде, содержащей эти элементы. Химико-термическая обработка состоит из следующих процессов:

1) диссоциации — получения насыщающего элемента в активном атомарном состоянии: 2NH3 ↔2N + 3H2; CH4 ↔C + 2H2 и т.д.; 2) абсорбции — поглощения активных атомов насыщающего элемента поверхностью металла; 3) диффузии — перемещения атомов насыщающего элемента с поверхности в глубь металла.

Наиболее распространенными видами химикотермической обработки являются цементация, борирование, алитирование и др. Цементация — процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя углеродом при нагреве в соответствующей среде.

Борирование — процесс химико-термической обработки, заключающийся в насыщении поверхностного слоя бором при нагревании в борсодержащей среде (буре, треххлористом боре и др.). Диффузионная металлизация — процесс химико-термической об- работки, при котором происходит насыщение поверхностного слоя стали различными металлами (алюминием, хромом, цинком и др.) и их комплексами.