Азотирование стали.

Азотированием называют процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны деталей. Азотирование применяют для повышения износостойкости и предела выносливости деталей машин (коленчатые валы, гильзы цилиндров, червяки, валики и др.).

До азотирования детали подвергают закалке и высокому отпуску (улучшению) и чистовой обработке. После азотирования детали шлифуют или полируют.

Обычное азотирование проводят при температуре 500-600 °С в муфелях или контейнерах, через которые пропускается диссоциирующий аммиак.

Вероятно, что на стальной поверхности происходит реакция диссоциации аммиака с выделением ионов азота, которые адсорбируются поверхностью детали, а затем диффундируют вглубь.

При нагреве аммиака в изолированном объеме возможна лишь реакция с образованием молекулярного азота

который не может диффундировать в сталь без ионизации.

Формирование структуры азотированной зоны в углеродистых сталях происходит примерно так же, как при азотировании железа. Поэтому, пользуясь диаграммой (рис. 6.7), можно предсказать структуру азотированной зоны низкоуглеродистых сталей. По мере насыщения железа азотом при температуре ниже 590 °С сначала образуется -твердый раствор внедрения азота в железо, затем слой -фазы с ГЦК решеткой и упорядоченным расположением атомов азота в центрах элементарных ячеек. Обычно процесс азотирования завершается образованием на поверхности слоя -фазы с ГПУ решеткой и упорядоченным расположением

Рис. 6.7. Участок диаграммы Изменение содержания азота и фазового состава по толщине слоя при

атомов в широком интервале концентраций азота.

При медленном охлаждении после азотирования вследствие переменной растворимости азота в а- и -фазах (см. рис. 6.7) происходит выделение избыточной -фазы, и структура азотированной зоны от поверхности к сердцевине становится следуюшей:

При азотировании углеродистых сталей с увеличением содержания углерода уменьшается скорость диффузии азота и возможно образование карбонитридных фаз.

Азотированная сталь, имеющая на поверхности слой -фазы, коррозионностойка в воде и в атмосферных условиях. В системе и -фазы имеют сравнительно невысокую твердость, соответственно и Значительно большая твердость достигается при азотировании специально легированных сталей — нитраллоев, которые содержат более активные нитридообразующие элементы: .

При азотировании структуры диффузионной зоны легированных и углеродистых сталей аналогичны. Однако легирование изменяет состав фаз и температурные границы их образования; при изотермической выдержке в процессе азотирования могут образовываться двухфазные слои в диффузионной зоне. Установлено, что при азотировании упрочнение -фазы в легированных сталях происходит по механизму старения пересыщенных твердых растворов. При образовании полностью когерентных зародышей нитридной фазы в -фазе легированных сталей наблюдается максимальная твердость.

Высокие твердость и износостойкость получаются после азотирования легированной стали содержащей и 0,15 — 0,25% . Комплексное легирование хромом, алюминием и молибденом позволяет повысить твердость азотированного слоя до Молибден также устраняет отпускную хрупкость, которая может возникнуть при медленном охлаждении от температуры азотирования.

Процесс азотирования - весьма длительная операция. Так, при обычном азотировании стали диффузионную зону толщиной около 0,5 мм получают при за выдержки. Такую же толщину зоны можно получить за если применить двухступенчатый режим азотирования:

По сравнению с цементованными азотированные слои легированных сталей имеют более высокие твердость и износостойкость. Однако азотирование используют реже, чем цементацию, из-за большей длительности процесса и меньшей толщины упрочненного слоя, что ограничивает величину контактных нагрузок на поверхность детали.