Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 3. Азотирование сталиАзотированием называют процесс насыщения стали азотом. По сравнению с цементацией, этот процесс применяют сравнительно недавно. Промышленное применение азотирование получило лишь в 20-х годах нашего столетия. Так как азотированный слой сам без какой-либо последующей термической обработки приобретает высокую твердость, а размеры изделий после азотирования изменяются мало, то в отличие от процессов цементации азотирование проводят на готовых изделиях, прошедших окончательную термическую обработку (закалку с высоким отпуском) и доведенных шлифовкой до точного размера. Азотирование обычно проводят при 500-600 °С. В железную герметически закрытую реторту (муфель), вставленную в печь, помещают детали, подвергаемые азотированию.
Рис. 264. Диаграмма состояния Fe-N В реторту из баллона поступает с определенной скоростью аммиак, который разлагается в ней (диссоциирует) по реакции:
Образующийся атомарный азот диффундирует в металл. Основанием для правильных представлений о процессах азотирования служит диаграмма состояния системы В системе а — азотистый феррит, содержащий в растворе
у — нитрид
Со многими легирующими элементами азот также образует химические соединения — нитриды В азотированном слое присутствуют различные азотистые фазы в соответствии с диаграммой При температуре азотирования ниже эвтектоидной Изотермическое сечение диаграммы При медленном охлаждении с этих температур
Рис. 265. Микроструктура азотированного слоя железа (при
Рис. 266. Рост глубины азотированного слоя во время насыщения при 520 и 620 °С Распределение азота по глубине слоя имеет скачкообразный характер вследствие отсутствия переходных двухфазных слоев. На практике азотированию подвергают легированные стали. Наличие легирующих элементов, как и углерода, существенно не изменяет кинетику образования азотированного слоя. Как и в чистом железе, при наличии легирующих элементов происходит последовательное образование насыщенных азотом слоев а, затем Глубина и поверхностная твердость азотированного слоя зависят от ряда факторов, из которых основные: температура азотирования, продолжительность азотирования и состав азотируемой стали. Исключительно высокая поверхностная твердость азотированной стали (1100— 1200 HV, тогда как при цементации она составляет 1) в процессе насыщения твердость не стабильна, периодически возрастает и снижается; 2) в процессе насыщения твердость растет, но незначительно, главный прирост твердости наблюдается при охлаждении.
Рис. 267. Иэиеяенме твердости железа Дальнейшее изучение процесса показало, что рост глубины слоя происходит не монотонно, а как бы квантуется — увеличение глубины сменяется периодом, когда толщина диффузионного слоя не возрастает (рис. 266), это и обуславливает колебания в твердости (рис. 267). Некоторый рост твердости при азотировании обусловлен увеличением, но все же достаточно тонких слоев Глубина азотированного слоя подчиняется параболической зависимости Можно ускорить процесс повышением температуры (рис. 268, а), но при этом снижается твердость (рис. 268, б), это не эффективно. Обычно для азотирования применяют стали, легированные нитридообразующими элементами
Рис. 268. Влияние продолжительности азотирования на глубину слоя (а) и поверхностную твердость (б) стали 38Х2МЮА (Ю. М. Лахтин) В этих сталях азотированный слой обладает более высокой твердостью, чем в углеродистых сталях и железе (рис. 269) и меньшей склонностью к потере твердости, обусловленной меньшей склонностью к коагуляции нитридов легирующих элементов, чем нитридов железа при нагреве. Азотирование применяют для повышения: твердости и износоустойчивости; усталостной прочности; сопротивления коррозии.
Рис. 269. Твердость (поверхностная) азотированного слоя в зависимости от. температуры азотирования: 1 — нитраллой: 2 — конструкционные легированные стали; 3 — углеродистые стали В зависимости от назначения каждый из этих процессов имеет свои особенности. 1. Повышение твердости и износоустойчивости — основное назначение процесса азотирования. Для этой цели азотированию подвергают специальные стали (нитраллои). Наиболее распространенной в СССР маркой стали, предназначенной для азотирования, является сталь Так как в данном случае в задачу азотирования входит получение высокой твердости, то обычно температуру азотирования держат на уровне Кроме того, следует учесть, что чем ниже температура процесса, тем меньше деформация детали при азотировании (последнее также имеет большее значение, так как на азотирование поступают детали, окончательно изготовленные, после шлифования). Принимая во внимание влияние температуры процесса, можно заключить, что для получения детали с максимальной твердостью и минимальной деформацией следует применять низкую температуру азотирования (500-520 °С), при которой глубина будет невелика (до 0,5 мм, обычно Если не обязательно нужна максимальная твердость, то температуру процесса можно несколько повысить. Сравнение двух основных методов химико-термической обработки стали — цементации и азотирования, применяемых для повышения поверхностной твердости и износоустойчивости, позволяет сделать ряд существенных выводов о целесообразности применения каждого из них на практике. Для азотирования характерны исключительно высокая поверхностная твердость и неглубокий диффузионный слой в отличие от цементации, где при относительно небольшой продолжительности процесса достигается более значительная глубина диффузионного слоя при значительно меньшей его твердости. Преимущество азотированного слоя — в его более высокой износоустойчивости. Но азотированные детали значительно дороже, так как этот процесс более длительный, и для азотирования применяют дорогие легированные стали. Кроме того, тонкий азотированный слой, в отличие от цементированного, может выдерживать меньшие удельные нагрузки. 2. Азотирование конструкционных сталей для повышения усталостной прочности (выносливости) применяют в последнее время в ряде отраслей ответственного машиностроения. Образование фаз, содержащих азот в поверхностных слоях, происходит с увеличением объема, поэтому поверхность азотированной детали испытывает напряжения сжатия. Напряжения сжатия на поверхности вызывают повышение предела выносливости, поскольку усталостные трещины возникают в результате растягивающих напряжений. Для повышения усталостной прочности азотируют не специальные предназначенные для этого стали (например, сталь 3. Азотирование для повышения коррозионной устойчивости (так называемое декоративное азотирование) применяется потому, что азотированный слой при наличии сплошной поверхностной корки из е-фазы обладает высоким сопротивлением коррозии в атмосфере, водопроводной воде и некоторых других средах. Назначение такого азотирования состоит в наиболее простом и дешевом способе получения сплошной е-фазы на поверхности.
|
1 |
Оглавление
|