§ 9. Свойства азотированной стали

Высокая твердость азотированной стали главным образом определяет ее износостойкость. Износостойкость таких сталей в 1,5—4 раза выше износостойкое закаленных высокоуглеродистых, цементованных, а также планированных и нитроцементованных сталей.

Однако сама по себе твердость однозначно не определяет склонность к износу. Наибольшая износостойкость может и не совпадать с максимальной твердостью; в частности, износостойкость стали 2Х13 выше, чем стали 38ХМЮА, несмотря на меньшую твердость, т. е. склонность к износу определяется комплексом параметров, учитывающих в том числе и сам характер трения.

Контактная выносливость азотированной стали также очень высока, но уступает цементованной стали. Она слабо чувствительна к перегрузкам и отличается большим разбросом значений контактной выносливости. При повышенных контактных напряжениях глубина азотированного слоя должна быть не менее 0,4—0,5 мм, иначе эффект минимален. Поэтому азотирование следует использовать в тех слу­чаях, когда контактные напряжения невелики и деталь работает в условиях трения скольжения или абразивного износа.

Более эффективно использовать азотирование для повышения предела усталостной выносливости конструкционных сталей.

Так, для стали 38ХМЮА -₁ на образцах без надреза увеличивается с 490 МПа (улучшение) до 620 МПа после азотирования, на образцах с надрезом соответственно с 370 до 680 МПа. Для стали 38ХНМФА соответственные изменения таковы: 510—690 МПа — без надреза, 230—520 МПа— с надрезом, т. е. азотирование главным образом снижает чувствительность к концентраторам напряжений.

По данным С. В. Серенсена, для деталей без концентраторов напряжений рост предела выносливости наблюдается при отношении глубины слоя к радиусу образца, равном 0,1—0,2, при наличии концентраторов это отношение снижается до 0,01.

Высокая усталостная выносливость обусловлена наличием в поверхностном слое азотированных сталей больших значений сжимающих остаточных напряжений. На рис. 23 показано повышение уровня сжимающих напряжений с увеличением отношений площади сердцевины F_с к площади поверхностного слоя F_п. Меньшая глубина слоя приводит к максимальным, значениям сжимающих остаточных напряжений в слоен к малым значениям растягивающих напряжений в сердцевине. Большая глубина слоя приводит к большим растягивающим напряжениям в сердцевине и минимальным сжимающим в слое.

Азотированная сталь обладает высокой теплостойкостью. Например, сталь 38ХМЮА сохраняет свою твердость при нагреве до 500—520°

в течение нескольких десятков часов, чем выгодно отличается от теплостойкости цементованной стали.

Коррозионная способность конструкционной стали (на воздухе, в пресной воде, перегретом паре и слабых щелочах) с азотированной поверхностью повышается довольно значительно. Однако в большинстве случаев эта стойкость, так же как и окалиностойкость, снижается на аустенитных хромоникелевых и высокохромистых нержавеющих сталях, что связано с обеднением твердого раствора хромом, входящим в состав нитридов.

В заключение следует отметить, что все положительные свойства азотированных сталей до сих пор в полной мере не используются. Существует еще целый ряд не вскрытых резервов. Основной из них — регулируемое упрочнение легированного феррита и аустенита дисперсными частицами нитридов в процессе азотирования при малых парциальных давлениях аммиака или азота без образования поверхностных хрупких слоев нитридов.