Азотирование это: Азотирование | это… Что такое Азотирование?

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

1. Суть технологии
2. Как протекает процесс азотирования
3. Факторы, оказывающие влияние на азотацию
4. Типы азотируемых сталей
5. Технологическая схема азотирования
6. Типы рабочих сред

Азотирование, в процессе выполнения которого поверхностный слой стального изделия насыщается азотом, стало использоваться в промышленных масштабах относительно недавно. Такой метод обработки, предложенный к использованию академиком Н.П. Чижевским, позволяет улучшить многие характеристики изделий, изготовленных из стальных сплавов.

Цех ионно-вакуумного азотирования

Суть технологии

Азотирование стали, если сравнивать его с таким популярным методом обработки данного металла, как цементация, отличается рядом весомых преимуществ. Именно поэтому данная технология стала применяться в качестве основного способа улучшения качественных характеристик стали.

При азотировании стальное изделие не подвергается значительному термическому воздействию, при этом твердость его поверхностного слоя значительно увеличивается. Важно, что размеры азотируемых деталей не изменяются. Это позволяет применять такой метод обработки для стальных изделий, которые уже прошли закалку с высоким отпуском и отшлифованы до требуемых геометрических параметров. После выполнения азотирования, или азотации, как часто называют этот процесс, сталь можно сразу подвергать полировке или другим методам финишной обработки.

Схема установки азотирования в тлеющем разряде

Азотирование стали заключается в том, что металл подвергают нагреву в среде, характеризующейся высоким содержанием аммиака. В результате такой обработки с поверхностным слоем металла, насыщающимся азотом, происходят следующие изменения.

• За счет того, что твердость поверхностного слоя стали повышается, улучшается износостойкость детали.
• Возрастает усталостная прочность изделия.
• Поверхность изделия становится устойчивой к коррозии. Такая устойчивость сохраняется при контакте стали с водой, влажным воздухом и паровоздушной средой.

Микроструктура качественно азотированного слоя стали марки 38Х2МЮА

Выполнение азотирования позволяет получить более стабильные показатели твердости стали, чем при осуществлении цементации. Так, поверхностный слой изделия, которое было подвергнуто азотированию, сохраняет свою твердость даже при нагреве до температуры 550–600°, в то время как после цементации твердость поверхностного слоя может начать снижаться уже при нагреве изделия свыше 225°. Прочностные характеристики поверхностного слоя стали после азотирования в 1,5–2 раза выше, чем после закалки или цементации.

Как протекает процесс азотирования

Детали из металла помещают в герметично закрытый муфель, который затем устанавливается в печь для азотирования. В печи муфель с деталью нагревают до температуры, которая обычно находится в интервале 500–600°, а затем выдерживают некоторое время при таком температурном режиме.

Вакуумная печь для термической обработки с системой газового азотирования

Чтобы сформировать внутри муфеля рабочую среду, необходимую для протекания азотирования, в него под давлением подается аммиак. Нагреваясь, аммиак начинает разлагаться на составные элементы, данный процесс описывает следующая химическая формула:

2NH₃ → 6H + 2N.

Атомарный азот, выделяющийся в процессе протекания такой реакции, начинает диффузировать в металл, из которого изготовлена обрабатываемая деталь, что приводит к образованию на ее поверхности нитридов, характеризующихся высокой твердостью. Чтобы закрепить результат и не дать поверхности детали окислиться, муфель вместе с изделием и аммиаком, который в ней продолжает оставаться, медленно охлаждают вместе с печью для азотирования.

Нитридный слой, формирующийся на поверхности металла в процессе азотирования, может иметь толщину в интервале 0,3–0,6 мм. Этого вполне достаточно для того, чтобы наделить изделие требуемыми прочностными характеристиками. Обработанную по такой технологии сталь можно не подвергать никаким дополнительным методам обработки.

Классификация процессов азотирования

Процессы, протекающие в поверхностном слое стального изделия при его азотировании, достаточно сложны, но уже хорошо изучены специалистами металлургической отрасли. В результате протекания таких процессов в структуре обрабатываемого металла формируются следующие фазы:

• твердый раствор Fe₃N, характеризующийся содержанием азота в пределах 8–11,2%;
• твердый раствор Fe₄N, азота в котором содержится 5,7–6,1%;
• раствор азота, формирующийся в α-железе.

Дополнительная α-фаза в структуре металла формируется тогда, когда температура азотирования начинает превышать 591°. В тот момент, когда степень насыщения данной фазы азотом достигает своего максимума, в структуре металла формируется новая фаза. Эвтектоидный распад в структуре металла происходит тогда, когда степень его насыщения азотом достигает уровня 2,35%.

Клапана высокотехнологичных двигателей внутреннего сгорания обязательно проходят процесс азотирования

Факторы, оказывающие влияние на азотацию

Основными факторами, которые оказывают влияние на азотирование, являются:

• температура, при которой выполняется такая технологическая операция;
• давление газа, подаваемого в муфель;
• продолжительность выдержки детали в печи.

На эффективность протекания такого процесса также оказывает влияние степень диссоциации аммиака, которая, как правило, находится в интервале 15–45%. При повышении температуры азотирования твердость формируемого слоя снижается, но процесс диффузии азота в структуру металла ускоряется. Снижение твердости поверхностного слоя металла при его азотировании происходит из-за коагуляции нитридов легирующих элементов, входящих в его состав.

Влияние температуры и легирующих элементов на формирование азотированного слоя

Для ускорения процесса азотирования и повышения его эффективности применяют двухэтапную схему его выполнения. Первый этап азотирования при использовании такой схемы выполняют при температуре, не превышающей 525°. Это позволяет придать поверхностному слою стального изделия высокую твердость. Для выполнения второго этапа процедуры деталь нагревают до температуры 600–620°, при этом глубина азотированного слоя достигает требуемых значений, а сам процесс ускоряется практически в два раза. Твердость поверхностного слоя стального изделия, обработанного по такой технологии, не ниже, чем аналогичный параметр изделий, прошедших обработку по одноступенчатой методике.

Типы азотируемых сталей

Обработке по технологии азотирования могут подвергаться как углеродистые, так и легированные стали, характеризующихся содержанием углерода в пределах 0,3–0,5%. Максимального эффекта при использовании такой технологической операции удается добиться в том случае, если ей подвергаются стали, в химический состав которых входят легирующие элементы, формирующие твердые и термостойкие нитриды. К таким элементам, в частности, относятся молибден, алюминий, хром и другие металлы, обладающие подобными характеристиками. Стали, содержащие молибден, не подвержены такому негативному явлению, как отпускная хрупкость, которая возникает при медленном остывании стального изделия. После азотирования стали различных марок приобретают следующую твердость:

Твердость сталей после азотирования

Легирующие элементы, находящиеся в химическом составе стали, увеличивают твердость азотированного слоя, но вместе с тем уменьшают его толщину. Наиболее активно на толщину азотируемого слоя оказывают влияние такие химические элементы, как вольфрам, молибден, хром и никель.

В зависимости от сферы применения изделия, которое подвергается процедуре азотирования, а также от условий его эксплуатации для осуществления такой технологической операции рекомендуется использовать определенные марки стали. Так, в соответствии с технологической задачей, которую необходимо решить, специалисты советуют применять для азотирования изделия из следующих марок сталей.

38Х2МЮА

Это сталь, которая после азотирования отличается высокой твердостью наружной поверхности. Алюминий, содержащийся в химическом составе такой стали, снижает деформационную стойкость изделия, но в то же время способствует повышению твердости и износостойкости его наружной поверхности. Исключение алюминия из химического состава стали позволяет создавать из нее изделия более сложной конфигурации.

40Х, 40ХФА

Данные легированные стали используются для изготовления деталей, применяемых в области станкостроения.

30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА

Эти стали служат для производства изделий, подвергающихся в процессе своей эксплуатации частым циклическим нагрузкам на изгиб.

30Х3МФ1

Из данного стального сплава изготавливаются изделия, к точности геометрических параметров которых предъявляются высокие требования. Для придания более высокой твердости деталям из данной стали (это преимущественно детали топливного оборудования) в ее химический состав могут добавлять кремний.

Характеристики некоторых сталей после азотирования

Технологическая схема азотирования

Чтобы выполнить традиционное газовое азотирование, инновационное плазменное азотирование или ионное азотирование, обрабатываемую деталь подвергают ряду технологических операций.

Подготовительная термообработка

Такая обработка заключается в закалке изделия и его высоком отпуске. Закалка в рамках выполнения такой процедуры осуществляется при температуре около 940°, при этом охлаждение обрабатываемого изделия производят в масле или воде. Последующий после выполнения закалки отпуск, проходящий при температуре 600–700°, позволяет наделить обрабатываемый металл твердостью, при которой его можно легко резать.

Режимы термообработки перед азотированием

Механическая обработка

Эта операция заканчивается его шлифовкой, позволяющей довести геометрические параметры детали до требуемых значений.

Защита участков изделия, которые не требуют азотирования

Осуществляется такая защита путем нанесения тонкого слоя (не более 0,015 мм) олова или жидкого стекла. Для этого используется технология электролиза. Пленка из данных материалов, формирующаяся на поверхности изделия, не позволяет азоту проникать в его внутреннюю структуру.

Выполнение самого азотирования

Подготовленное изделие подвергают обработке в газовой среде.

Рекомендуемые режимы азотирования стали

Финишная обработка

Этот этап необходим для того, чтобы довести геометрические и механические характеристики изделия до требуемых значений.

Степень изменения геометрических параметров детали при выполнении азотирования, как уже говорилось выше, очень незначительна, и зависит она от таких факторов, как толщина слоя поверхности, который подвергается насыщению азотом; температурный режим процедуры. Гарантировать практически полное отсутствие деформации обрабатываемого изделия позволяет более усовершенствованная технология – ионное азотирование. При выполнении ионно-плазменного азотирования стальные изделия подвергаются меньшему термическому воздействию, благодаря чему их деформация и сводится к минимуму.

В отличие от инновационного ионно-плазменного азотирования, традиционное может выполняться при температурах, доходящих до 700°. Для этого может применяться сменный муфель или муфель, встроенный в нагревательную печь. Использование сменного муфеля, в который обрабатываемые детали загружаются заранее, перед его установкой в печь, позволяет значительно ускорить процесс азотирования, но не всегда является экономически оправданным вариантом (особенно в тех случаях, когда обработке подвергаются крупногабаритные изделия).

Пуансон массой более 230 кг, подвергнутый азотированной обработке

Типы рабочих сред

Для выполнения азотирования могут использоваться различные типы рабочих сред. Наиболее распространенной из них является газовая среда, состоящая на 50% из аммиака и на 50% из пропана или из аммиака и эндогаза, взятых в таких же пропорциях. Процесс азотирования в такой среде выполняется при температуре 570°. При этом изделие подвергается воздействию газовой среды на протяжении 3 часов. Азотированный слой, создаваемый при использовании такой рабочей среды, имеет небольшую толщину, но высокую прочность и износостойкость.

Большое распространение в последнее время получает метод ионно-плазменного азотирования, выполняемого в азотосодержащей разряженной среде.

Ионно-плазменное азотирования – взгляд «изнутри»

Отличительной особенностью ионно-плазменного азотирования, которое также называют обработкой при тлеющем разряде, является то, что обрабатываемую деталь и муфель подключают к источнику электрического тока, при этом изделие выступает в качестве отрицательно заряженного электрода, а муфель – в роли положительно заряженного. В результате между деталью и муфелем формируется поток ионов – своего рода плазма, состоящая из N₂ или NH₃, за счет которой происходят и нагрев обрабатываемой поверхности, и ее насыщение необходимым количеством азота.

Кроме традиционного и ионно-плазменного азотирования процесс насыщения поверхности стали азотом может выполняться в жидкой среде. В качестве рабочей среды, которая имеет температуру нагрева порядка 570°, в таких случаях используется расплав цианистых солей. Время азотирования, выполняемого в жидкой рабочей среде, может составлять от 30 до 180 минут.

Ионно-плазменное азотирование (ИПА)

МЕТАЛЛООБРАБОТКА

Токарная обработка

Фрезерная обработка

Шлифование металла

Долбление, строгание, сверление

Зубонарезные, зубодолбёжные, зубошлифовальные работы

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

Вакуумная термообработка

Ионно-плазменное азотирование (ИПА)

Микродуговое оксидирование (МДО)

Термообработка в соляных, бариевых и щелочных ваннах

Закалка ТВЧ

ЛИТЬЕ МЕТАЛЛОВ

Стальное литьё

Чугунное литьё

Медные, алюминиевые и цинковые сплавы

РЕЗКА МЕТАЛЛА

Лазерная резка металла

Плазменная резка металла

Гидроабразивная резка

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ПО ЧЕРТЕЖАМ И ЭСКИЗАМ ЗАКАЗЧИКОВ

ПРОИЗВОДСТВО, ШЛИФОВКА, ЗАТОЧКА ПРОМЫШЛЕННЫХ НОЖЕЙ

МЕТАЛЛОПРОКАТ

ЭЛЕКТРОДЫ

Уони 13

LB 52U

СЕРТИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

САМОСРАБАТЫВАЮЩИЙ ОГНЕТУШИТЕЛЬ «СФЕРА»

Ионно-плазменное азотирование (ИПА) – это, пожалуй, один из передовых методов упрочнения деталей из чугуна, углеродистых, легированных и инструментальных сталей, сплавов из титана, металлокерамики, а также порошковых материалов. Использование различных газовых сфер, влияющих, в зависимости от их состава, на свойства обрабатываемой поверхности, позволяет достичь высокой эффективности данной технологии.

ИПА активно используется для машиностроения, авиационной и автомобильной промышленности, производстве, связанном с высокой точностью, в топливно-энергетическом, нефтегазовом, горнодобывающем производстве, поскольку данная технология прекрасно зарекомендовала себя при обработке деталей, работающих в агрессивных средах, которые подвержены трению и химической коррозии.

Обработка методом ИПА повышает характеристики поверхностей деталей, увеличивает эксплуатационную надежность, в частности, усиливает контактную прочность, сопротивляемость к образованию микротрещин, повышает стойкость к коррозии и контактную прочность.

Преимущества ионно-плазменного азотирования

Основные экономические и технологические преимущества ионно-плазменного азотирования заключаются в низком потреблении энергии, повышении производительности и увеличении срока службы детали в несколько раз.

Сам процесс ИПА насыщает поверхностный слой детали азотом или смесью азота и углерода. Это способствует образованию на поверхности равномерного высококачественного покрытия с определенной структурой и составом.

Процесс обработки изделия сокращается в 3-5 раз, а титановых сплавов в 5-10 раз. При помощи технологии ионно-плазменного анодирования можно обрабатывать детали как с глухими. Так и сквозными отверстиями. Благодаря режиму низких температур охлаждение можно проводить с любой скоростью, что исключает возникновение мартенсита, структурных превращений стали, уменьшает возможность появления повреждений и усталостных разрушений. Если необходимо упрочнить и повысить рабочие характеристики без изменения твердости в сердцевине деталей из инструментальных легированных, быстрорежущих и мартенситно-стареющих сталей, процесс ИПА производится при температурах ниже 500С.

Технология ионно-плазменного азотирования отлично подходит для финишной обработки поверхности, поскольку сохраняет первоначальную шероховатость в пределах Ra=0,63. ..1,2 мкм, не искривляет и не деформирует деталь. Кроме того, применение метода ИПА безвредно для экологии.

Технология процесса

Технологический процесс ионно-плазменного азотирования производится в условиях разряженного атмосферного давления (0,5 – 10 мбар). В зависимости от сплава, из которого изготовлена деталь, в камеру подается либо смесь азота с водородом – для обработки сталей, чугуна, либо азот – для титановых сплавов. Между изделием, находящимся в обработке, и стенками камеры образуется тлеющий заряд, который, в свою очередь, способствует образованию плазмы, в результате чего создается рабочая среда с заряженными ионами, молекулами и атомами, что и формирует на поверхности тончайшую азотную пленку.

Состав рабочей газовой среды, ее температура и длительность протекания процесса ИПА оказывают влияние на итоговый результат, и, в то же время зависят от состава обрабатываемой детали.

Методом ионного азотирования проходят обработку детали со сложным контуром и труднодоступными поверхностями любых размеров и форм, например, шестерни, матрицы, пресс-формы, зубчатые венцы, инструмент для бурения и резки, валы и т. д. Для некоторых деталей метод ИПА является единственной технологией, позволяющей минимизировать брак.

Свойства изделий после упрочнения методом ИПА

При помощи обработки методом ИПА упрочняются инструменты и детали почти всех промышленных отраслей.

За счет того, что азотистая поверхностная пленка не позволяет жидкому металлу прилипать в зоне его подачи, обеспечивается высококачественная отливка пресс-форм, что значительно продляет срок службы детали. Также в несколько раз увеличивается стойкость режущего и штампового инструмента различных марок сталей. Это происходит за счет того, что азотная пленка на поверхности инструмента снижает коэффициент трения и исключает налипание стружки на режущий край. Тем самым скорость резания может быть значительно увеличена.

Предприятие «Ионмет» производит ионное азотирование сталей, инструмента, изделий, валов и различной поверхности. Режим обработки подбирается исходя из тех технических характеристик, которые требуется достичь в итоге. Упрочнение поверхностного слоя увеличивает стойкость к коррозии и износу.

У специалистов компании «Ионмет» вы можете уточнить перечень деталей для упрочнения с целью обработки. Наши эксперты помогут вам выяснить, можно ли методом азотирования обработать ваши крупногабаритные детали со сложным контуром. Чтобы точно определить технические условия обработки ИПА и начать сотрудничество, отправляйте нам на почту чертеж с указанием марки стали и технологию изготовления детали.

Для чего нужно азотирование?

Примеры ионно-плазменного азотирования:

ИОННОЕ АЗОТИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ

Услуги по азотированию

Повышение износостойкости и коррозионной устойчивости, уменьшение прилипания металла при литье

Повышение износостойкости инструмента и производительности процесса резания, улучшение режущих свойств

Азотирование матриц — статьи сотрудников

Принципы, заложенные в разработку каталитического газового азотирования, были настолько непривычны, что первой реакцией научной общественности было недоверие. А в этом случае новая технология, не имеющая официальной поддержки авторитетов, прорывается на рынок с большим трудом.

Чаще всего удается это сделать на направлениях, действительно экстремальных, таких как рассматриваемые детали – матрицы для экструзии цветных сплавов. Ниже приведен перечень предприятий, успешно эксплуатирующих нашу технологию.

Чем обусловлена такая популярность нашей технологии среди предприятий, производящих профиль? Основной особенностью каталитического газового азотирования является универсальность. Матрицы для экструзии по большому счету – частный случай. Однако, ввиду уникальности испытываемых ими нагрузок, именно они особенно ярко оттенили способности нашего метода химико-термической обработки. Данный инструмент в процессе эксплуатации подвергается большим контактным нагрузкам в условиях высоких температур, активного воздействия разогретого алюминия и термоциклированию – «нагрев-охлаждение».  Такой комплекс воздействия предъявляет высокие требования к инструменту. Здесь нужны и пластичность поверхностного слоя, и его твердость, и разгаростойкость. Необходимы также не слишком малая глубина упрочненного слоя для достаточно высокой износостойкости и плавности перехода микротвердости от высокой на поверхности до умеренной в сердцевине. Все это надо обеспечить на сталях полутеплостойкого класса, легированных хромом, молибденом, ванадием и, иногда, вольфрамом.

Цементация и азотирование

За счет чего нам удалось решить эти проблемы? Основным является каталитическая обработка аммиака на каталитическом устройстве «Оксикан» непосредственно в пространстве печи, с целью придания новых свойств печной атмосфере. Новые свойства каталитически обработанного аммиака обеспечивают исключение пересыщения поверхностного слоя азотом и изменение самого механизма насыщения с реакционного, гетерофазного на преимущественно твердорастворный, гомогенный. Ниже приведены фотографии микроструктуры стали 4Х5МФС после традиционного газового азотирования и новой технологии.

Рис. 1. Микроструктура азотированного слоя на стали 4Х5МФС, традиционное азотирование, 8 часов. Снято при увеличении 400 кр.

На Рис. 1 очевидно наличие массивных выделений карбонитридной фазы. Эти частицы имеют экстремально высокую твердость и низкую когерентность решеток с подслоем. Это чаще всего приводит к выкрашиванию и активному абразивному износу. Появление такой микроструктуры возможно и после малых времен выдержки – от 2 часов.

В нашем случае, за счет изменения физико-химических механизмов на границе раздела газ-металл практически исключен риск получения подобных микроструктур.

Рис. 2. Микроструктура азотированного слоя на стали 4Х5МФС, каталитическое газовое азотирование, 8 часов. Снято при увеличении 400 кр.

Как видно из Рис. 2, в нашем случае имеется гомогенное, равномерное распределение азотированных микроструктур по слою. Это обеспечивает плавность перехода высокой твердости поверхности к твердости сердцевины и необходимые нам характеристики изделия.

На Рис. 3 приведены результаты исследования микротвердости азотированного слоя на стали 4Х5МФС при различных режимах азотирования. Для традиционного газового азотирования характерно, что при незначительной выдержке на поверхности достигается высокая твердость. Однако общая толщина слоя мала и градиент твердости по толщине слоя очень велик. Это может вести к сколам острых кромок, а после износа более 0,07 мм твердость уже настолько низка, что износ начинается с обвальной кинетикой. Увеличение времени выдержки при традиционном азотировании дает увеличение общей толщины слоя. Однако при этом в поверхностной зоне, ввиду ее пересыщения азотом, происходит перераспределение азота в свободную форму, образование микропор и, как следствие, снижение микротвердости.

Рис. 3. Распределение микротвердости азотированного слоя на стали 4Х5МФС. 1 – традиционное азотирование, 8 часов, 2 – традиционное азотирование 16 часов, 3 – каталитическое газовое азотирование, 8 часов.

Поверхностный фильм получается пористым, хрупким и с низкой твердостью. В условиях высоких контактных нагрузок, воздействия разогретого алюминия и термоциклирования инструмент с таким слое служит еще меньше. Здесь, как нам кажется, и кроются корни заблуждения о том, что для экструзионной оснастки нужен слой азотирования 0,1 мм и менее. Если подходить к газовому азотированию, как к чему-то застывшему, данному раз и навсегда, так оно и есть.

Однако, как видно из данных Рис. 3, в нашем случае есть возможность получать слой достаточной толщины, без излишне высокой приповерхностной твердости, с равномерным распределением микротвердости от поверхности в глубину. Нам представляется, что это и говорит о новом физико-химическом механизме перехода азота в сталь при каталитическом газовом азотировании.

Немаловажно для условий реального производства и обеспечение повторимости результатов. С этой целью была разработана новая модель азотного потенциала печной атмосферы и средства косвенного в реальном времени контроля азотного потенциала. Нами предложено считать для практики азотный потенциал равным содержанию азота в железе после доведения данного железа при данных условиях до равновесия с газовой фазой. Для косвенного определения было разработано семейство кислородных зондов погружного типа «Оксимесс».

Зонд устанавливается непосредственно в рабочем пространстве печи подобно термопаре, и определяет азотный потенциал печной атмосферы в реальном времени. Зонд комплектуется вторичным прибором, имеющим цифровую индикацию и выход на управляющую автоматику. Вторичный прибор имеет индикацию азотного потенциала в весовом содержании азота в железе. Глядя на эту величину оператор может с уверенностью определить фазовый состав поверхностного слоя и принять решение о необходимости корректировки процесса.

Приборы семейства «Оксимесс» в процессе эксплуатации показали хорошую сходимость с результатами азотирования. Так с их помощью уверенно определяется качество аммиака, наличие подсосов (негерметичность) печей, погрешности в работе аппаратуры регулирования температуры. Все эти погрешности ведут к изменению метастабильного равновесия газовой фазы, которые и отражает «Оксимесс».

Рис. 4. Схема реализации каталитического газового азотирования на шахтной печи.

1. Выходные сигналы кислородного зонда. 2. Кислородный зонд «Оксимесс». 3. Вентилятор. 4. Садка деталей. 5. Муфель. 6. Печь азотирования. 7. Ввод аммиака. 8.Каталитическое устройство «Оксикан».

Наряду с неоспоримыми достоинствами зонды «Оксимесс» имели и существенные ограничения. Корпус зонда из-за особенностей сенсора – двуокиси циркония, выполнялся из керамики. В реальных условиях производства его часто ломали. Ремонт достаточно дорог и производится только в Москве. В этой связи нами проведены работы по созданию нового сенсора, исключающего наличие керамики в конструкции зонда. Так был создан и с 2006 года выпускается НПК «Накал» новый полупроводниковый сенсор и индикатор азотного потенциала «Оксинип». Отличительные особенности нового сенсора: металлический корпус и отсутствие керамики в конструкции, а также необходимости в газе сравнения. Это поможет поднять пользовательские характеристики прибора.

В процессе запуска печей с технологией каталитического газового азотирования часто и остро стоял вопрос экологии. Если на предприятиях с многолетней практикой эксплуатации традиционного азотирования персонал был в восторге от малых величин расхода аммиака, низкой загазованности помещения, в сравнении с традиционным азотированием, то на вновь организуемых производствах алюминиевого профиля, где азотирование поручали слесарям инструментальщикам либо корректировщикам матриц, вопрос запаха аммиака встал очень остро.

В этой связи в НПК «Накал» разработан, испытан и принят к производству каталитический нейтрализатор аммиачной печной атмосферы «Нейтрам». Разработанный по техническому заданию НПК «Накал» специальный катализатор, дающий активационную энергию в условиях сверхмалых времен контакта, обеспечивает процесс автогорения аммиака при температурах от 150°С. Процесс каталитического горения аммиака исключает стадию его разложения и, соответственно, исключает возможность образования взрывоопасного водорода. На выходе имеются только пары воды и нейтральный азот. Нейтрализатор комплектуется аппаратурой контроля наличия пламени и устройством поджига.

В целом, 10 лет использования каталитического газового азотирования в промышленности России и стран СНГ показали, что к настоящему моменту это надежная, простая и отвечающая требованиям промышленности технология. Компания «Накал» ведет последовательную политику инвестиций в развитие оборудования и технологий химико-термической обработки металлов и сплавов, что позволяет расчитывать на все более полное удовлетворение потребностей наших заказчиков.

Главный специалист по термообработке ЗАО НПК «Накал»

В.Я. Сыропятов

Процесс азотирования стали — Блог ООО ЛипецкТехноЛит

Автор Егор Новиков На чтение 25 мин. Опубликовано 06.09.2022

Содержание

• Суть технологии
• Как протекает процесс азотирования
• Факторы, оказывающие влияние на азотацию
• Типы азотируемых сталей
• Технологическая схема азотирования
• Типы рабочих сред
• Суть азотирования стали
• Виды азотирования стали
• Стали, подходящие для азотирования
• Среды для азотирования стали
• Этапы азотирования стали
• Почему следует обращаться именно к нам

Содержание:

Азотирование, в процессе выполнения которого поверхностный слой стального изделия насыщается азотом, стало использоваться в промышленных масштабах относительно недавно. Такой метод обработки, предложенный к использованию академиком Н.П. Чижевским, позволяет улучшить многие характеристики изделий, изготовленных из стальных сплавов.

Цех ионно-вакуумного азотирования

Суть технологии

Азотирование стали, если сравнивать его с таким популярным методом обработки данного металла, как цементация, отличается рядом весомых преимуществ. Именно поэтому данная технология стала применяться в качестве основного способа улучшения качественных характеристик стали.

При азотировании стальное изделие не подвергается значительному термическому воздействию, при этом твердость его поверхностного слоя значительно увеличивается. Важно, что размеры азотируемых деталей не изменяются. Это позволяет применять такой метод обработки для стальных изделий, которые уже прошли закалку с высоким отпуском и отшлифованы до требуемых геометрических параметров. После выполнения азотирования, или азотации, как часто называют этот процесс, сталь можно сразу подвергать полировке или другим методам финишной обработки.

Схема установки азотирования в тлеющем разряде

Азотирование стали заключается в том, что металл подвергают нагреву в среде, характеризующейся высоким содержанием аммиака. В результате такой обработки с поверхностным слоем металла, насыщающимся азотом, происходят следующие изменения.

• За счет того, что твердость поверхностного слоя стали повышается, улучшается износостойкость детали.
• Возрастает усталостная прочность изделия.
• Поверхность изделия становится устойчивой к коррозии. Такая устойчивость сохраняется при контакте стали с водой, влажным воздухом и паровоздушной средой.

Микроструктура качественно азотированного слоя стали марки 38Х2МЮА

Выполнение азотирования позволяет получить более стабильные показатели твердости стали, чем при осуществлении цементации. Так, поверхностный слой изделия, которое было подвергнуто азотированию, сохраняет свою твердость даже при нагреве до температуры 550–600°, в то время как после цементации твердость поверхностного слоя может начать снижаться уже при нагреве изделия свыше 225°. Прочностные характеристики поверхностного слоя стали после азотирования в 1,5–2 раза выше, чем после закалки или цементации.

Как протекает процесс азотирования

Детали из металла помещают в герметично закрытый муфель, который затем устанавливается в печь для азотирования. В печи муфель с деталью нагревают до температуры, которая обычно находится в интервале 500–600°, а затем выдерживают некоторое время при таком температурном режиме.

Вакуумная печь для термической обработки с системой газового азотирования

Чтобы сформировать внутри муфеля рабочую среду, необходимую для протекания азотирования, в него под давлением подается аммиак. Нагреваясь, аммиак начинает разлагаться на составные элементы, данный процесс описывает следующая химическая формула:

2NH₃ → 6H + 2N.

Атомарный азот, выделяющийся в процессе протекания такой реакции, начинает диффузировать в металл, из которого изготовлена обрабатываемая деталь, что приводит к образованию на ее поверхности нитридов, характеризующихся высокой твердостью. Чтобы закрепить результат и не дать поверхности детали окислиться, муфель вместе с изделием и аммиаком, который в ней продолжает оставаться, медленно охлаждают вместе с печью для азотирования.

Нитридный слой, формирующийся на поверхности металла в процессе азотирования, может иметь толщину в интервале 0,3–0,6 мм. Этого вполне достаточно для того, чтобы наделить изделие требуемыми прочностными характеристиками. Обработанную по такой технологии сталь можно не подвергать никаким дополнительным методам обработки.

Классификация процессов азотирования

Процессы, протекающие в поверхностном слое стального изделия при его азотировании, достаточно сложны, но уже хорошо изучены специалистами металлургической отрасли. В результате протекания таких процессов в структуре обрабатываемого металла формируются следующие фазы:

• твердый раствор Fe₃N, характеризующийся содержанием азота в пределах 8–11,2%;
• твердый раствор Fe₄N, азота в котором содержится 5,7–6,1%;
• раствор азота, формирующийся в α-железе.

Дополнительная α-фаза в структуре металла формируется тогда, когда температура азотирования начинает превышать 591°. В тот момент, когда степень насыщения данной фазы азотом достигает своего максимума, в структуре металла формируется новая фаза. Эвтектоидный распад в структуре металла происходит тогда, когда степень его насыщения азотом достигает уровня 2,35%.

Клапана высокотехнологичных двигателей внутреннего сгорания обязательно проходят процесс азотирования

Факторы, оказывающие влияние на азотацию

Основными факторами, которые оказывают влияние на азотирование, являются:

• температура, при которой выполняется такая технологическая операция;
• давление газа, подаваемого в муфель;
• продолжительность выдержки детали в печи.

На эффективность протекания такого процесса также оказывает влияние степень диссоциации аммиака, которая, как правило, находится в интервале 15–45%. При повышении температуры азотирования твердость формируемого слоя снижается, но процесс диффузии азота в структуру металла ускоряется. Снижение твердости поверхностного слоя металла при его азотировании происходит из-за коагуляции нитридов легирующих элементов, входящих в его состав.

Влияние температуры и легирующих элементов на формирование азотированного слоя

Для ускорения процесса азотирования и повышения его эффективности применяют двухэтапную схему его выполнения. Первый этап азотирования при использовании такой схемы выполняют при температуре, не превышающей 525°. Это позволяет придать поверхностному слою стального изделия высокую твердость. Для выполнения второго этапа процедуры деталь нагревают до температуры 600–620°, при этом глубина азотированного слоя достигает требуемых значений, а сам процесс ускоряется практически в два раза. Твердость поверхностного слоя стального изделия, обработанного по такой технологии, не ниже, чем аналогичный параметр изделий, прошедших обработку по одноступенчатой методике.

Типы азотируемых сталей

Обработке по технологии азотирования могут подвергаться как углеродистые, так и легированные стали, характеризующихся содержанием углерода в пределах 0,3–0,5%. Максимального эффекта при использовании такой технологической операции удается добиться в том случае, если ей подвергаются стали, в химический состав которых входят легирующие элементы, формирующие твердые и термостойкие нитриды. К таким элементам, в частности, относятся молибден, алюминий, хром и другие металлы, обладающие подобными характеристиками. Стали, содержащие молибден, не подвержены такому негативному явлению, как отпускная хрупкость, которая возникает при медленном остывании стального изделия. После азотирования стали различных марок приобретают следующую твердость:

Твердость сталей после азотирования

Легирующие элементы, находящиеся в химическом составе стали, увеличивают твердость азотированного слоя, но вместе с тем уменьшают его толщину. Наиболее активно на толщину азотируемого слоя оказывают влияние такие химические элементы, как вольфрам, молибден, хром и никель.

В зависимости от сферы применения изделия, которое подвергается процедуре азотирования, а также от условий его эксплуатации для осуществления такой технологической операции рекомендуется использовать определенные марки стали. Так, в соответствии с технологической задачей, которую необходимо решить, специалисты советуют применять для азотирования изделия из следующих марок сталей.

38Х2МЮА

Это сталь, которая после азотирования отличается высокой твердостью наружной поверхности. Алюминий, содержащийся в химическом составе такой стали, снижает деформационную стойкость изделия, но в то же время способствует повышению твердости и износостойкости его наружной поверхности. Исключение алюминия из химического состава стали позволяет создавать из нее изделия более сложной конфигурации.

40Х, 40ХФА

Данные легированные стали используются для изготовления деталей, применяемых в области станкостроения.

30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА

Эти стали служат для производства изделий, подвергающихся в процессе своей эксплуатации частым циклическим нагрузкам на изгиб.

30Х3МФ1

Из данного стального сплава изготавливаются изделия, к точности геометрических параметров которых предъявляются высокие требования. Для придания более высокой твердости деталям из данной стали (это преимущественно детали топливного оборудования) в ее химический состав могут добавлять кремний.

Характеристики некоторых сталей после азотирования

Технологическая схема азотирования

Чтобы выполнить традиционное газовое азотирование, инновационное плазменное азотирование или ионное азотирование, обрабатываемую деталь подвергают ряду технологических операций.

Подготовительная термообработка

Такая обработка заключается в закалке изделия и его высоком отпуске. Закалка в рамках выполнения такой процедуры осуществляется при температуре около 940°, при этом охлаждение обрабатываемого изделия производят в масле или воде. Последующий после выполнения закалки отпуск, проходящий при температуре 600–700°, позволяет наделить обрабатываемый металл твердостью, при которой его можно легко резать.

Режимы термообработки перед азотированием

Механическая обработка

Эта операция заканчивается его шлифовкой, позволяющей довести геометрические параметры детали до требуемых значений.

Защита участков изделия, которые не требуют азотирования

Осуществляется такая защита путем нанесения тонкого слоя (не более 0,015 мм) олова или жидкого стекла. Для этого используется технология электролиза. Пленка из данных материалов, формирующаяся на поверхности изделия, не позволяет азоту проникать в его внутреннюю структуру.

Выполнение самого азотирования

Подготовленное изделие подвергают обработке в газовой среде.

Рекомендуемые режимы азотирования стали

Финишная обработка

Этот этап необходим для того, чтобы довести геометрические и механические характеристики изделия до требуемых значений.

Степень изменения геометрических параметров детали при выполнении азотирования, как уже говорилось выше, очень незначительна, и зависит она от таких факторов, как толщина слоя поверхности, который подвергается насыщению азотом; температурный режим процедуры. Гарантировать практически полное отсутствие деформации обрабатываемого изделия позволяет более усовершенствованная технология – ионное азотирование. При выполнении ионно-плазменного азотирования стальные изделия подвергаются меньшему термическому воздействию, благодаря чему их деформация и сводится к минимуму.

В отличие от инновационного ионно-плазменного азотирования, традиционное может выполняться при температурах, доходящих до 700°. Для этого может применяться сменный муфель или муфель, встроенный в нагревательную печь. Использование сменного муфеля, в который обрабатываемые детали загружаются заранее, перед его установкой в печь, позволяет значительно ускорить процесс азотирования, но не всегда является экономически оправданным вариантом (особенно в тех случаях, когда обработке подвергаются крупногабаритные изделия).

Пуансон массой более 230 кг, подвергнутый азотированной обработке

Типы рабочих сред

Для выполнения азотирования могут использоваться различные типы рабочих сред. Наиболее распространенной из них является газовая среда, состоящая на 50% из аммиака и на 50% из пропана или из аммиака и эндогаза, взятых в таких же пропорциях. Процесс азотирования в такой среде выполняется при температуре 570°. При этом изделие подвергается воздействию газовой среды на протяжении 3 часов. Азотированный слой, создаваемый при использовании такой рабочей среды, имеет небольшую толщину, но высокую прочность и износостойкость.

Большое распространение в последнее время получает метод ионно-плазменного азотирования, выполняемого в азотосодержащей разряженной среде.

Ионно-плазменное азотирования – взгляд «изнутри»

Отличительной особенностью ионно-плазменного азотирования, которое также называют обработкой при тлеющем разряде, является то, что обрабатываемую деталь и муфель подключают к источнику электрического тока, при этом изделие выступает в качестве отрицательно заряженного электрода, а муфель – в роли положительно заряженного. В результате между деталью и муфелем формируется поток ионов – своего рода плазма, состоящая из N₂ или NH₃, за счет которой происходят и нагрев обрабатываемой поверхности, и ее насыщение необходимым количеством азота.

Кроме традиционного и ионно-плазменного азотирования процесс насыщения поверхности стали азотом может выполняться в жидкой среде. В качестве рабочей среды, которая имеет температуру нагрева порядка 570°, в таких случаях используется расплав цианистых солей. Время азотирования, выполняемого в жидкой рабочей среде, может составлять от 30 до 180 минут.

12 Август 2022 Super User Азотирование стали: задачи и методы

Из этого материала вы узнаете:

• Суть азотирования стали
• Виды азотирования стали
• Стали, подходящие для азотирования
• Среды для азотирования стали
• Этапы азотирования стали

Что это такое? Азотирование стали – это современный термохимический процесс, целью которого является изменение прочностных и коррозионностойких характеристик сплава. Аналогом его является цементация, которая уступает по качеству.

Как осуществляется? Для этой процедуры подходят только определенные типы стали. Также перед началом работ необходимо определиться с конкретным методом азотирования, выбрать рабочую среду для процесса и провести необходимую обработку изделия.

Суть азотирования стали

Главное в данной методике – термическая обработка металлических заготовок при постоянном притоке аммиака. Для азотирования стали используют специальное оборудование – печи с герметичной камерой.

Цель азотирования стали заключается в придании заготовкам новых качеств:

• Повышение износостойкости изделий в результате роста поверхностной прочности стали.
• Снижение риска появления участков с усталостью металла.
• Образование защитного поверхностного слоя, обеспечивающего коррозионную стойкость, устойчивость к воздействию агрессивных агентов, к ударной деформации при прямом контакте.

Отличительной чертой данной технологии является то, что при азотировании детали не меняют своей геометрии, так как нет воздействия экстремальной температуры. Благодаря этой особенности азотирование можно производить после таких этапов предварительной обработки изделий, как максимально точные шлифовка и отпуск.

Также немаловажной особенностью метода является стабильность приобретенных качеств. В отличие от цементации, к примеру, когда уже при +225 °С начинает снижаться твердость металла, механические характеристики изделия после азотирования не ухудшаются с течением времени или при нагреве.

Азотирование стали позволяет достичь полезных изменений в эксплуатационных качествах сплава. Долговечность и прочность металла, прошедшего через этот процесс, как правило, вдвое выше, чем у стали после закаливания по классическим методикам.

VT-metall предлагает услуги:

От того, какой конкретно способ был использован для подготовки металла, он может приобретать разные характеристики. Главное, что метод азотирования придает стали качества, которые остаются неизменными даже при воздействии экстремальной температуры, достигающей +500 °С. Ни одна другая технология не способна придать металлу такие устойчивые характеристики.

Виды азотирования стали

Для азотирования металла не нужна особо высокая температура, что позволяет сохранять неизменными точные размеры и конфигурацию деталей. Особенно ценным является это качество при обработке изделий, уже прошедших тонкую подгонку шлифованием. После насыщения азотом достаточно полировки деталей.

К основным минусам термохимических методов следует в первую очередь отнести их дороговизну. На азотирование стали уходит много времени, полный цикл занимает до двух с половиной суток, так как насыщение поверхностных слоев металла – медленный процесс. Кроме того, применение этого способа требует специализированного оборудования.

Газовая азотизация

Классический метод азотирования подразумевает применение газовой среды. Для ее создания используют смесь, состоящую поровну из аммиака и пропана или эндотермического газа. Для насыщения металла азотом создается температура, доходящая до +579 °С. Непосредственно диффузия занимает примерно три часа. Полученный при этом поверхностный защитный слой довольно тонок, но его отличает высокая твердость.

Традиционное азотирование стали имеет ряд разновидностей, среди которых стоит упомянуть каталитическую газовую азотацию. Особенность этого метода в том, что для увеличения числа свободных атомов азота аммиак подвергают предварительной обработке.

Повысить скорость диффузии позволяет азотирование в жидкой среде. Расплав цианистых солей здесь выступает в качестве рабочей среды. Азотирование производят при +570 °С.

С развитием технологий металлургическая промышленность начала все чаще использовать метод ионно-плазменной азотации или обработку при тлеющем разряде.

Данная технология подразумевает насыщение поверхностных слоев металла атомами азота в разреженной среде под воздействием электрического тока, для чего к герметичной камере подводят напряжение. Контейнер в этом случае выступает в качестве анода, а само изделие служит катодом. Благодаря ионному потоку образуется плазма, нагревающая поверхность металлической детали. Происходит диффузное насыщение стали азотом и образуется твердый защитный слой.

Термохимический процесс

При азотировании стали по этой методике стальные изделия загружают в муфель – герметичную стальную реторту – и отправляют в специальные печи. К реторте подводят аммиак из специального резервуара. Воздействие температуры приводит к проникновению атомов азота в верхние слои металла, на поверхности деталей образуется твердый слой.

Аммиак во всех этих процессах используют потому, что он при создании определенных условий освобождает входящий в его состав азот. Далее происходит диффузное насыщение поверхности металлических деталей азотом, что ведет к образованию нитритов, которые и служат причиной повышения твердости и коррозионной стойкости стали. По окончании азотирования печь постепенно охлаждают, что позволяет предотвратить окисление металла. Максимальная толщина азотированного слоя достигает 0,6 мм.

Течение процесса азотирования стали в первую очередь зависит от:

• температурного режима;
• давления газа;
• степени разложения аммиака;
• времени выдержки.

Повышение температуры ускоряет процесс диффузии, но может приводить к коагуляции нитридов и снижению твердости защитного слоя.

Стали, подходящие для азотирования

Данный метод применим как к углеродистым, так и к легированным сталям, содержащим углерод в диапазоне от 0,3 до 0,5 %. Азотирование проходит наиболее эффективно, когда в составе стали присутствуют легирующие добавки, которые способствуют формированию твердых и термостойких соединений азота. Этой цели служит добавление в состав сплава молибдена, хрома, алюминия и ряда других элементов со схожими свойствами.

У молибдена есть один недостаток, который ограничивает его использование при легировании стальных сплавов – с его добавлением вероятно появление отпускной хрупкости, возникающей во время постепенного остывания стали.

Входящие в состав металла легирующие добавки одновременно с увеличением твердости поверхностного защитного слоя приводят к уменьшению его толщины. Сильнее всего такой эффект проявляется при добавлении вольфрама, молибдена, хрома и никеля.

Марку сплава для изготовления изделий, подвергаемых азотированию, выбирают, исходя из области и условий их последующего применения. В каждом отдельном случае следует применять конкретный сорт стали.

Рассмотрим, какие марки стали рекомендованы специальной литературой для азотирования:

• 38Х2МЮА. Эта марка стали в процессе азотирования образует наружный защитный слой высокой твердости. Отличается относительно невысокой устойчивостью к деформированию, но одновременно содержание алюминия способствует эффективному диффузному насыщению металла азотом с формированием твердого и износостойкого поверхностного слоя. При исключении алюминия из состава стали такой металл пригоден для изготовления деталей сложной геометрии.
• 40Х, 40ХФА. Эти марки стали с легирующими компонентами широко применяются для производства деталей станков.
• 30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА. Марки этой группы идут на изготовление деталей, подвергающихся при работе изгибающим нагрузкам.
• 30Х3МФ1. Эта сталь применяется для изготовления деталей сложной конфигурации, когда критически важна особая точность линейных размеров и геометрии. Металл в основном идет на производство комплектующих для топливного оборудования. Твердость сплава обеспечивает добавление кремния.

Помимо машино- и станкостроения, азотированные стали все чаще применяются в бытовых агрегатах, так как прогресс не стоит на месте и требования к такой продукции растут с каждым днем.

Среды для азотирования стали

Каждая разновидность стали требует определенных условий и специфических технологий для максимально эффективного диффузного азотирования. Одним из наиболее часто применяемых вариантов стало применение для насыщения стали азотом аммиачно-пропановой газовой смеси. Среду формируют, смешивая газы в равных частях.

Оптимальный температурный режим – +570 °С. Время выдержки – около трех часов. При соблюдении этих параметров удается получить особенно прочный и износостойкий защитный слой.

В зависимости от толщины показатели твердости колеблются от 600 до 1 100 единиц по шкале Бринелля. Данный метод применим для выпуска деталей из легированных сталей, которые должны отвечать особо строгим требованиям по прочности и износостойкости. Для дополнительного усиления металла часто используют ионно-плазменную азотацию. При этом деталь выступает в роли отрицательного электрода, а муфель – положительного.

Благодаря разреженной азотсодержащей среде значительно сокращается время азотирования. Под действием электрического заряда ионизированные радикалы устремляются к катоду, создавая необходимую температуру. Вслед за этапом катодного распыления наступает стадия очищения и диффузного насыщения верхних слоев металла атомами азота. На первый этап уходит от пяти минут до часа при рабочем напряжении 1 400 В. Второй же может длиться до 24 часов.

Метод карбонитрирования заключается в азотировании стали в расплаве цианистых солей. Применение этой технологии позволяет существенно сократить затраты времени. Азотирование в жидкой среде оптимально для получения защитного слоя с максимальной твердостью, износоустойчивостью и коррозионной стойкостью, однако этот метод не применим для обработки деталей больших размеров.

Кроме того, эта технология имеет ряд существенных недостатков: высокая стоимость и вред, который могут причинить при вдыхании пары цианистых солей.

Этапы азотирования стали

Подготовительная термообработка

Для подготовки изделий к азотированию их подвергают закаливанию с последующим высоким отпуском. Стальные детали закаливают при температуре от +940 °С. Для охлаждения изделий при закалке используют воду или масло. Вслед за закаливанием заготовки проходят отпуск при температуре +600…+700 °С. Закалка и отпуск придают стали повышенную твердость.

Механическая обработка

Готовые детали шлифуют, производя тонкую подгонку линейных размеров и геометрии. Этот этап очень важен, так как от конфигурации изделий и точности габаритов во многом зависят их эксплуатационные характеристики.

Читайте также: Строительные типы стали: виды и сферы применения

Также на этом этапе наносят защитный слой на участки, которые не должны подвергаться азотации. В этом качестве используют олово или жидкое стекло, покрывая ими требуемые участки. Толщина пленки не превышает 0,015 мм. Электролиз позволяет надежно закрепить защиту на поверхности металла. Благодаря устойчивости слоя к воздействию азотистой среды покрытые защитой участки не подвергаются азотированию.

Азотирование

Различные марки стали требуют разных температурных режимов для насыщения верхних слоев азотом. Металл подвергается выдержке при выбранной температуре в течение требуемого времени. Соблюдение временного и температурного режима обеспечивает эффективную азотацию и создание поверхностного слоя с заданной твердостью.

К примеру, сталь 7ХЗ азотируют при температурах от +500 до +520 °С. Выдержка составляет 2-3 суток. Толщина полученного защитного слоя – от 0,4 до 0,5 мм при твердости от 1 000 до 1 100 единиц по шкале Бринелля.

Итоговая обработка

На заключительном этапе производят тонкую шлифовку и полировку изделий, доводя геометрию до требуемых значений. Это необходимо, так как азотирование может приводить к незначительным изменениям размеров детали. Даже несмотря на минимальную термическую обработку при азотировании, геометрия изделия может претерпеть изменения. Именно финишная обработка позволяет обеспечить необходимые эксплуатационные качества конечной продукции.

Рекомендуем статьи

Если деформация детали в процессе азотирования недопустима и к геометрии предъявляются повышенные требования, можно прибегнуть к ионно-плазменной азотации, которая сводит к минимуму любые изменения конфигурации и линейных размеров заготовок. Этот метод отлично зарекомендовал себя.

К несомненным плюсам технологии следует отнести относительно невысокие температуры, которым подвергают металл в процессе диффузионного насыщения азотом его поверхностных слоев. Препятствием к повсеместному и постоянному применению этого метода является высокая стоимость таких элементов, как сменные муфели.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Главная > Справочник > Материаловедение > Азотирование стали

Улучшение свойств металла может проходить путем изменения его химического состава. Примером можно назвать азотирование стали – относительно новая технология насыщения поверхностного слоя азотом, которая стала применяться в промышленных масштабах около столетия назад. Рассматриваемая технология была предложена для улучшения некоторых качеств продукции, изготавливаемой из стали. Рассмотрим подробнее то, как проводится насыщение стали азотом.

Азотирование стали

Многие сравнивают процесс цементирования и азотирования по причине того, что оба предназначены для существенного повышения эксплуатационных качеств детали. Технология внесения азота имеет несколько преимуществ перед цементацией, среди которых отмечают отсутствие необходимости повышения температуры заготовки до значений, при которых проходит пристраивание атомной решетки. Также отмечается тот факт, что технология внесения азота практически не изменяет линейные размеры заготовок, за счет чего ее можно применять после финишной обработки. На многих производственных линиях азотированию подвергают детали, которые прошли закалку и шлифование, практически готовы к выпуску, но нужно улучшить некоторые качества.

Назначение азотирования связано с изменением основных эксплуатационных качеств в процессе нагрева детали в среде, которая характеризуется высокой концентрацией аммиака. За счет подобного воздействия поверхностный слой насыщается азотом, и деталь приобретает следующие эксплуатационные качества:

1. Существенно повышается износостойкость поверхности за счет возросшего индекса твердости.
2. Улучшается значение выносливости и сопротивление к росту усталости структуры металла.
3. Во многих производствах применение азотирования связано с необходимостью придания антикоррозионной стойкости, которая сохраняется при контакте с водой, паром или воздухом с повышенной влажностью.

Вышеприведенная информация определяет то, что результаты азотирования более весомы, чем цементации. Преимущества и недостатки процесса во многом зависят от выбранной технологии. В большинстве случаев переданные эксплуатационные качества сохраняются даже при нагреве заготовки до температуры 600 градусов Цельсия, в случае цементирования поверхностный слой теряет твердость и прочность после нагрева до 225 градусов Цельсия.

Во многом процесс азотирования стали превосходит другие методы, предусматривающие изменение химического состава металла. Технология азотирования деталей из стали обладает следующими особенностями:

1. В большинстве случаев процедура проводится при температуре около 600 градусов Цельсия. Деталь помещается в герметичную муфельную печь из железа, которая помещается в печи.
2. Рассматривая режимы азотирования, следует учитывать температуру и время выдержки. Для разных сталей эти показатели будут существенно отличаться. Также выбор зависит от того, каких эксплуатационных качеств нужно достигнуть.
3. В созданный контейнер из металла проводится подача аммиака из баллона. Высокая температура приводит к тому, что аммиак начинает разлагаться, за счет чего начинают выделяться молекулы азота.
4. Молекулы азота проникают в металл по причине прохождения процесса диффузии. Засчет этого на поверхности активно образуются нитриды, которые характеризуются повышенной устойчивостью к механическому воздействию.
5. Процедура химико-термического воздействия в данном случае не предусматривает резкое охлаждение. Как правило, печь для азотирования охлаждается вместе с потоком аммиака и деталью, за счет чего поверхность не окисляется. Поэтому рассматриваемая технология подходит для изменения свойств деталей, которые уже прошли финишную обработку.

Цех ионно-вакуумного азотирования

Классический процесс получения требуемого изделия с проведением азотирования предусматривает несколько этапов:

1. Подготовительная термическая обработка, которая заключается в закалке и отпуске. За счет перестроения атомной решетки при заданном режиме структура становится более вязкой, повышается прочность. Охлаждение может проходить в воде или масле, иной среде – все зависит от того, насколько качественным должно быть изделие.
2. Далее выполняется механическая обработка для придания нужной форы и размеров.
3. В некоторых случаях есть необходимость в защите определенных частей изделия. Защита проводится путем нанесения жидкого стекла или олова слоем толщиной около 0,015 мм. За счет этого на поверхности образуется защитная пленка.
4. Выполняется азотирование стали по одной из наиболее подходящих методик.
5. Проводятся работы по финишной механической обработке, снятию защитного слоя.

Режимы азотирования стали

Получаемый слой после азотирования, который представлен нитридом, составляет от 0,3 до 0,6 мм, за счет чего отпадает необходимость в проведении процедуры закаливания. Как ранее было отмечено, азотирование проводят относительно недавно, но сам процесс преобразования поверхностного слоя металла был уже практически полностью изучен, что позволило существенно повысить эффективность применяемой технологии.

Существуют определенные требования, которые предъявляются к металлам перед проведением рассматриваемой процедуры. Как правило, уделяется внимание концентрации углерода. Виды сталей, подходящих для азотирования, самые различные, главное условие заключается в доле углерода 0,3-0,5%. Лучших результатов достигают при применении легированных сплавов, так как дополнительные примеси способствуют образованию дополнительных твердых нитритов. Примером химической обработки металла назовем насыщение поверхностного слоя сплавов, которые в составе имеют примеси в виде алюминия, хрома и другие. Рассматриваемые сплавы принято называть нитраллоями.

Микроструктура сталей после азотирования

Внесение азота проводится при применении следующих марок стали:

1. Если на деталь будет оказываться существенное механическое воздействие при эксплуатации, то выбирают марку 38Х2МЮА. В ее состав входит алюминий, который становится причиной снижения деформационной стойкости.
2. В станкостроении наиболее распространение получили стали 40Х и 40ХФА.
3. При изготовлении валов, которые часто подвергаются изгибающим нагрузкам применяют марки 38ХГМ и 30ХЗМ.
4. Если при изготовлении нужно получить высокую точность линейный размеров, к примеру, при создании деталей топливных агрегатов, то используется марка стали 30ХЗМФ1. Для того чтобы существенно повысить прочность поверхности и ее твердость, предварительно проводят легирование кремнем.

При выборе наиболее подходящей марки стали главное соблюдать условие, связанное с процентным содержанием углерода, а также учитывать концентрацию примесей, которые также оказывают существенное воздействие на эксплуатационные свойства металла.

Выделяют несколько технологий, по которым проводят азотирование стали. В качестве примера приведем следующий список:

1. Аммиачно-пропановая среда. Газовое азотирование сегодня получило весьма большое распространение. В данном случае смесь представлена сочетанием аммиака и пропана, которые берутся в соотношении 1 к 1. Как показывает практика, газовое азотирование при применении подобной среды требует нагрева до температуры 570 градусов Цельсия и выдержки в течение 3-х часов. Образующийся слой нитридов характеризуется небольшой толщиной, но при этом износостойкость и твердость намного выше, чем при применении классической технологии. Азотирование стальных деталей в данном случае позволяет повысить твердость поверхности металла до 600-1100 HV.
2. Тлеющий разряд – методика, которая также предусматривает применение азотсодержащей среды. Ее особенность заключается в подключении азотируемых деталей к катоду, в качестве положительного заряда выступает муфель. За счет подключение катода есть возможность ускорить процесс в несколько раз.
3. Жидкая среда применяется чуть реже, но также характеризуется высокой эффективностью. Примером можно назвать технологию, которая предусматривает использование расплавленного цианистого слоя. Нагрев проводится до температуры 600 градусов, период выдержки от 30 минут до 3-х часов.

Ионное азотирование

В промышленности наибольшее распространение получила газовая среда за счет возможность обработки сразу большой партии.

Данная разновидность химической обработки предусматривает создание особой атмосферы в печке. Диссоциированный аммиак проходит предварительную обработку на специальном каталитическом элементе, что существенно повышает количество ионизированных радикалов. Особенности технологии заключаются в нижеприведенных моментах:

1. Предварительная подготовка аммиака позволяет увеличить долю твердорастворной диффузии, что снижает долю реакционных химических процессов при переходе активного вещества от окружающей среды в железо.
2. Предусматривает применение специального оборудования, которое обеспечивает наиболее благоприятные условия химической обработки.

Процесс азотирования стали

Применяется данный метод на протяжении нескольких десятилетий, позволяет изменять свойства не только металлов, но и титановых сплавов. Высокие затраты на установку оборудования и подготовку среды определяют применимость технологии к получению ответственных деталей, которые должны обладать точными размерами и повышенной износостойкостью.

Довольно важным является вопрос о том, какая достигается твердость азотированного слоя. При рассмотрении твердости учитывается тип обрабатываемой стали:

1. Углеродистая может иметь твердость в пределах 200-250HV.
2. Легированные сплавы после проведения азотирования обретают твердость в пределе 600-800HV.
3. Нитраллои, которые имеют в составе алюминий, хром и другие металлы, могут получить твердость до 1200HV.

Другие свойства стали также изменяются. К примеру, повышается коррозионная стойкость стали, за счет чего ее можно использовать в агрессивной среде. Сам процесс внесения азота не приводит к появлению дефектов, так как нагрев проводится до температуры, которая не изменяет атомную решетку.

Метки: Химико-термическая обработка

Азотирование / Химико-термическая обработка / Конспекты / Учебные материалы

Ниже приведены источники, использованные при составлении конспекта по теме «Азотирование»

Лекции по курсу «Материаловедение». Лекция 15. Химико-термическая обработка стали: цементация, азотирование,
нитроцементация и диффузионная металлизация.

Азотирование – химико-термическая обработка, при которой поверхностные слои насыщаются азотом.

При азотировании увеличиваются не только твердость и износостойкость, но также повышается коррозионная стойкость.

При азотировании изделия загружают в герметичные печи, куда поступает аммиак Nh4 с определенной скоростью. При нагреве аммиак диссоциирует по реакции Nh4>2N+3N2. Атомарный азот поглощается поверхностью и диффундирует вглубь изделия.

…

Для азотирования используют стали, содержащие алюминий, молибден, хром, титан. Нитриды этих элементов дисперсны и обладают высокой твердостью и термической устойчивостью.

Типовые азотируемые стали: 38ХМЮА, 35ХМЮА, 30ХТ2Н3Ю.

…

В зависимости от условий работы деталей различают азотирование:

— для повышения поверхностной твердости и износостойкости;

— для улучшения коррозионной стойкости (антикоррозионное азотирование).

В первом случае процесс проводят при температуре 500…560°С в течение 24…90 часов, так как скорость азотирования составляет 0,01 мм/ч. Содержание азота в поверхностном слое составляет 10 – 12%, толщина слоя (h) – 0,3 – 0,6 мм. На поверхности получают твердость около 1000 HV. Охлаждение проводят вместе с печью в потоке аммиака.

…

Антикоррозионное азотирование проводят и для легированных и для углеродистых сталей. Температура проведения азотирования – 650…700°С, продолжительность процесса – 10 часов.

…

Азотирование проводят на готовых изделиях, прошедших окончательную механическую и термическую обработку (закалка с высоким отпуском).

my.profmetal.com.ua

Температура азотирования 520-550ºС, т.е. она не высокая, так как растворимость азота в феррите вполне достаточная. Поэтому азотирование можно проводить после окончаний термообработки, например, после закалки и высокого отпуска.

Это позволяет подвергать азотированию уже готовые детали, прошедшие обработку резанием, шлифованием, т.е. не требуется оставлять припуски на окончательную обработку как при цементации. Низкая температура азотирования не позволяет получить глубокого насыщения поверхностей. Поэтому обычная толщина азотированного слоя 0,3 – 0,5 мм, а продолжительность процесса в 2 – 3 раза превышает продолжительность цементации.

…

По сравнению с цементацией азотирование имеет преимущество и недостатки.

Преимущества:

1. Проводится после окончательной термообработки, поэтому не требует дополнительных припусков.

2. Более высокая твердость и износостойкость.

3. Более высокая коррозионная стойкость.

…

Недостатки:

1. Более тонкий слой.

2. Более длительный процесс, требующий сложного оборудования, производительность меньше.

Ю. М. Лахтин. Металловедение и термическая обработка металлов. Учебник для вузов. 3-е изд. М. «Металлургия», 1983. 360с.

Азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее до 500 – 650°С в аммиаке.

Азотирование повышает твердость поверхностного слоя детали, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в атмосфере, воде, паре и т.д. Твердость азотированного слоя стали выше, чем цементованного и сохраняется при нагреве до высоких температур (450 – 550°С), тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200 – 225°С.

…

Легирующие элементы уменьшают толщину азотированного слоя, но резко повышают твердость на поверхности и по его сечению.

…

Поэтому азотированию подвергают легированные стали, содержащие Cr, V, Mo и др. элементы. Часто азотируют сталь38Х2МЮА (0,38% С, 1,5% Cr, 0,9% Al и 0,2% Mo), содержащую алюминий и обеспечивающую очень высокую твердость на поверхности – HV 1000 – HV 1200 (10 000 – 12 000 МПа).

…

Износостойкость азотированной стали выше, чем цементованной и закаленной. В азотированном слое возникают остаточные напряжения сжатия, величина которых на поверхности составляет 600 – 800 МПа. Это повышает предел выносливости и переносит очаг усталостного разрушения под азотированный слой. Предел выносливости гладких образцов возрастает на 30 – 40%, а при наличии концентраторов напряжений (острых надрезов) более чем на 100%. Контактная усталостная прочность у азотированной стали ниже, чем у цементованной. Азотирование повышает сопротивление стали кавитационной эрозии.

…

Технология процесса азотирования

1. Предварительная термическая обработка заготовки. Эта операция состоит из закалки и высокого отпуска стали для получения повышенной прочности и вязкости в сердцевине изделия. Отпуск проводят при высокой температуре 600 – 675°С, превышающей максимальную температуру последующего азотирования и обеспечивающей получение твердости, при которой сталь можно обрабатывать резанием. Структура стали после этого отпуска – сорбит.

2. Механическая обработка деталей, а также шлифование, которое придает окончательные размеры детали.

3. Защита участков, не подлежащих азотированию, нанесением тонкого слоя (10 – 15 мкм) олова электролитическим методом или жидкого стекла. Олово при температуре азотирования расплавляется на поверхности стали в виде тонкой не проницаемой для азота пленки.

4. Азотирование.

5. Окончательное шлифование или доводка изделия.

что это такое, технологический процесс, назначение, виды применения, цели, какова глубина и твердость металла при обработке, который подвергается азотации – rocta

05Мар

Уделим внимание популярному сегодня методу укрепления заготовок. Подробно рассмотрим технологический процесс азотирования стали, со всеми его основными видами и особенностями. Отдельно разберем факторы влияния и зависимость среды – чтобы вы понимали, какому способу отдавать предпочтение в той или иной ситуации.

Сразу отметим возможность проведения широкого ряда сопутствующих операций. Не составляет труда предварительно закалить будущее изделие, выполнить нужный отпуск и шлифовку. На завершающем же этапе без проблем осуществляется полировка. Финансовые и трудовые затраты на реализацию всего цикла сравнительно небольшие, поэтому он востребован и популярен на предприятиях самых разных промышленных масштабов.

1. 1. Суть технологии и ее назначение
   2. Виды азотирования сталей
   3. Газовая азотация стали
   4. Термохимический процесс
   5. Как осуществляют процесс азотирования поверхности
   6. Факторы, влияющие на азотацию
   7. Температура проведения операции
   8. Давление газа
   9. Продолжительность выдержки в печи
   10. Типы сред для проведения процедуры
   11. Аммиачно-пропановая
   12. Тлеющий разряд
   13. Жидкая
   14. Какие металлы подлежат азотированию
   15. Свойства и преимущества укрепленных поверхностей

Суть технологии и ее назначение

Метод сводится к термической обработке детали в среде, непрерывно насыщаемой аммиаком. Она проводится в условиях полной герметичности – в специальной камере-печи.

В результате проведения такой операции материал заготовки приобретает следующие качественные изменения:

• Значительно повышается прочность поверхностных слоев, за счет чего серьезно увеличивается износостойкость конечного продукта.
• Снижается вероятность возникновения усталостных изменений.
• Возрастает стойкость к коррозии, агрессивным средам, деструктивным воздействиям различных веществ, позволяющая выдерживать даже прямые контакты с ними.

Очень важно, что при этом изделие не подвергается какому-то экстремальному нагреву и его геометрические показатели остаются такими же. Как раз это свойство и позволяет предварительно подготовить элемент – отшлифовать, выполнить отпуск с максимальной точностью.

Еще один ключевой момент в том, что все приобретенные качества отличаются высокой стабильностью. Так, например, твердость не снижается ни со временем, ни под воздействием температур, а вот после цементации подобный эффект достаточно часто наблюдается уже при 225 0С.

На практике назначение азотирования стали сводится к полезному изменению эксплуатационных характеристик металла. В результате правильного проведения термического укрепления заготовка служит как минимум в 1,5-2 раза дольше, чем после «классической» закалки.

Да, в зависимости от выбранного способа (их мы рассмотрим ниже) конечные показатели предмета могут несколько отличаться. Но важно, что они остаются неизменными даже при резком изменении условий использования, например, при нагреве до 400-500 0С. Потому что обработанные по-другому элементы в столь жестких условиях выходят из строя уже не в 1,5-2, а в 5-10 раз быстрее.

Виды азотирования сталей

Все существующие сегодня варианты могут отличаться между собой по следующим параметрам:

• используемая среда;
• специфика выделения нитридных соединений;
• температурный режим.

В каждом из этих случаев газ проникает в материал заготовки за счет диффузии. Скорость данного молекулярного обмена сегодня можно увеличить, а эффективность сцепления – повысить. Укрепление может быть реализовано одним из трех способов, и если насыщение в цианистых солях не очень популярно, то другие два используются гораздо чаще, обладают своими особенностями и поэтому заслуживают самого подробного рассмотрения.

Газовая азотация стали

Это каталитическое насыщение: в печи создается и поддерживается стабильная атмосфера, при которой с помощью активного элемента запускают реакцию с диссоциированным нитритом. В результате диффузия происходит сравнительно быстро, и газ эффективно проникает в толщу материала.

Есть два нюанса:

• Оборудование для воплощения этого метода в жизнь должно создавать особенный микроклимат и поэтому оно сравнительно сложное.
• Во время упрочнения выделяется значительное количество ионизированных радикалов, что приводит к повышению твердорастворной доли.

Относительным недостатком способа является дороговизна его реализации, зато он обеспечивает максимальные параметры износостойкости. Поэтому он востребован при изготовлении элементов для особо ответственных производственных линий и объектов.

Термохимический процесс

В рамках этой технологии азотирования стали используется чистый аммиак, а не его смесь с пропаном и эндогазом, как в предыдущем случае. Подача среды осуществляется из баллона в муфель (герметичный бокс), в котором уже должны быть предварительно уложены заготовки. Этот резервуар в свою очередь отправляют в печь, а в ней поддерживается стабильно нужная температура. Под воздействием горячего воздуха составной газ начинает распадаться на элементы. Содержащийся в нем азот проникает в материал заготовки, причем постепенно – тем глубже, чем дольше выполняется обработка. Результат – ровный и однородный укрепляющий слой в 0,5-0,6 мм.

Как осуществляют процесс азотирования поверхности

В общем случае технология реализуется в 5 этапов:

1. Выполняется подготовка, то есть закалка и отпуск. На этой стадии перестраивается атомная решетка материала, он приобретает вязкость, а после упрочняется – в результате охлаждения, в масле или в воде, в зависимости от требований к качеству конечного изделия.
2. Производится механическая обработка с доведением заготовки строго до необходимой геометрической формы, с приданием ей нужных размеров.
3. Предохраняются отдельные участки изделия – на них наносится олово или жидкое стекло, тонким слоем до 0,015 мм, образующее защитную пленку.
4. Осуществляется непосредственное повышение прочности металла, путем насыщения его азотом – по одному из рассмотренных выше методов, либо газовым, либо термохимическим.
5. Выполняется финишная отделка – для снятия ранее сделанного покрытия и финальной шлифовки.

В результате такого укрепления предмет не требует дальнейшего закаливания – благодаря нитриду, ровно ложащемуся на 0,3-0,6 мм. Несмотря на относительную новизну, все реакции и механизмы процесса уже отлично изучены. Чтобы добиться максимальной эффективности, необходимо учитывать ключевые особенности проведения работ.

• Температура и продолжительность проведения операции могут несколько отличаться в зависимости от конкретного случая азотирования: структура стали разных марок требует различного времени на стабилизацию решетки.
• Средний показатель, которого стоит достигать – 600 0С – такой жар создается в промышленной печи, в нее и отправляют детали, предварительно уложив их в герметичный бокс (муфель).
• Подавать аммиак в данный контейнер безопаснее всего из баллона – в столь экстремальном микроклимате газ начнет распадаться на молекулы, часть которых и будет оседать на заготовке, диффундируя с ее материалом.
• Активно образующиеся нитриды должны осаждаться на предварительно подготовленную, то есть очищенную плоскость – чтобы они могли создать действительно ровный упрочняющий слой со стабильными характеристиками.
• Проводить процедуру рекомендуется без резкого охлаждения – это поможет избежать окисления изделия; и это удобно, так как выполнять операцию укрепления можно уже после отпуска.

Факторы, влияющие на азотацию

Всего их 3, и это:

1. температура выполнения операции;
2. давление направляемого в муфель газа;
3. время выдержки заготовки в специальной печи.

Также стоит отметить важную роль диссоциации аммиака: стандартной считается степень разделения в 15-45%. Обратите внимание, при более интенсивном нагреве диффузия убыстряется, но прочность создаваемого слоя уменьшается. Это объясняется коагуляцией нитридов – сталкиваясь на скорости, молекулы легирующих добавок слипаются между собой чаще, чем в нормальной ситуации.<Чтобы сократить время проведения технологического процесса и одновременно обеспечить достаточную твердость азотированного слоя, насыщение нитридами осуществляют при двух терморежимах. Рассмотрим их и каждый следующий фактор подробнее.

Температура проведения операции

На первой стадии она достигает максимум 525 0С, благодаря чему можно задать необходимый уровень твердости без риска перекалить заготовку. На втором же этапе она уже 600-620 0С, что позволяет достичь нужного уровня проникновения аммиака, но на скорости, в 2 раза превышающей стандартную. И это при аналогичной прочности – метод доказал свою полезность и быстро завоевал популярность.

Давление газа

Осуществлялись эксперименты, чтобы выяснить, насколько сильно оно влияет на конечный результат. Подачу понижали с 300 Па до 60, проводя укрепление в двух терморежимах, а также одинаковую обработку после азотирования деталей и растяжение при неизменной относительной степени деформации. И оказалось, что предел текучести не увеличивается, деформация происходит все так же однородно, по всей площади контакта материала заготовки с нитридами, но при этом аммиак слабее меняет пластические и механические показатели образцов. После чего был сделан вывод о нецелесообразности введения подобных новшеств.

Продолжительность выдержки в печи

Здесь все просто: чем больше заготовка пребывает в муфеле, тем прочнее она будет, но с некоторыми оговорками. Возьмем температуру в 500 0С: при ней частицы распада газа диффундируют в толщу металла на 0,1 мм за каждые 10 часов. Казалось бы, достаточно просто подождать, но в условиях производства это не всегда целесообразно – в запасе банально нет тех 2,5 дней, за которые толщина азотированного слоя достигнет нужных 0,5-0,6 мм.

Поэтому на практике используют метод двухступенчатого нагрева, описанный выше, – он позволяет сократить время выдержки до 2-2,5 раз и добиться при этом прочности в 1000-1100 НВ.

Типы сред для проведения процедуры

Каждый материал требует своих условий для наиболее эффективного усваивания нитридов. От параметров окружения также зависит качество итоговой поверхности и специфика скоростного режима реализации операции. Поэтому выделили 3 их вида – рассмотрим каждый из них.

Аммиачно-пропановая

Считается наиболее часто используемой, для нее характерны следующие особенности:

• компоненты для смеси берутся в равных пропорциях,
• рабочая температура достигает 570 0С,
• выдержка заготовок осуществляется в течение 3 часов.

Итоговое упрочнение характеризуется высокой прочностью и замечательной износостойкостью. Твердость при азотировании достигает 600-1100 НВ, и это при сравнительно малой толщине покрытия.

Тлеющий разряд

Здесь среда находится в разреженном состоянии. И будущие изделия не просто помещают в печь, а подключают к ним отрицательно заряженный контакт. Другим электродом, положительным, является сама печь.

В результате между муфелем и деталями пробегает ионный поток, который становится плазмой, состоящей из нитридов, под воздействием температуры диффундирующих в материал и насыщающих его.

Процедура осуществляется в 2 этапа:

1. на рабочие плоскости распыляется катод – для их очищения;
2. выполняется непосредственно укрепление – с учетом описанных выше особенностей.

Способ хорош быстротой реализации и тем, что подходит для сплавов.

Жидкая

Также есть случаи применения азотирования в растворах цианистых солей – их компоненты в результате смешения частиц под нагревом тоже достаточно эффективно проникают в толщу металла. Но они сравнительно редки – метод используется редко, ведь он дорогостоящ и, главное, опасен для здоровья – вдыхать пары запрещено. Хотя он производителен и не предполагает жестких требований: так, температура должна достигать 570 0С (добиться ее не проблема), а время выдержки – составлять 2,5-3 часа, что вполне оперативно. Отсюда вывод: на конечный выбор среды влияет не только специфика усвоения нитридов конкретным материалом, но и сопутствующие условия проведения процедуры.

Какие металлы подлежат азотированию

Азотации подвергают стали с содержанием углерода не более 0,3-0,5%; они могут быть даже легированными, но концентрация С в любом случае не должна превышать установленные пределы. В списке основных марок:

• 38Х2МЮА – приобретают прочность и особенную сопротивляемость износу;
• 38ХГМ, 30ХЗМ, 38ХНЗМА, 38ХНМФА – становятся упругими, что позволяет им выдерживать более серьезные нагрузки на изгиб и скручивание;
• 40Х, 40ХФА – медленнее стареют, даже под воздействием циклических давлений;
• 30ХЗМФ1 – не теряют при укреплении своих линейных размеров, к точности которых предъявляются особенно строгие требования.

В современной промышленности востребована не только азотированная сталь, но и титан, хром, алюминий, молибден – эти и другие металлы также обрабатывают газовым или термохимическим методом. О сплавах тоже не забывают – упрочнение позволяет избавиться от недостатков самых слабых его включений, например, нормализовать деформационную стойкость, которую снижает Al, или сохранить нужную геометрию и формы сложных заготовок (что также достигается предварительным легированием кремнием). Главное – правильно учесть концентрацию примесей и выбрать технологию, оптимально подходящую для случая и улучшающую, а не ухудшающую эксплуатационные характеристики конкретно взятого материала.

Свойства и преимущества укрепленных поверхностей

Стали, которые подвергаются азотированию, приобретают такие показатели твердости:

• 250-200 HV – углеродистые;
• 800-600 HV – легированные сплавы;
• 1200 HV – насыщенные алюминием, хромом, другими добавками нитраллоя.

Еще один важный практический плюс, получаемый в результате обработки, – коррозионная стойкость. Упрочненные таким образом детали перестают бояться ржавчины, от окисления они уже не разрушатся, а значит при использовании (как в кратко-, так и в долгосрочной перспективе) они начинают вести себя более стабильно и предсказуемо. Следующее ключевое достоинство метода – неизменность любых других показателей, включая геометрические. Глубина азотирования, необходимая для придания достаточной твердости, сравнительно небольшая. Укрепляющий слой получается всего 0,5-0,6 мм в толщину: если он и увеличивает линейные размеры заготовки, то несущественно, а на отпуск вообще никак не влияет. Компания «Рокта» может вам в помочь – мы занимаемся продажей ленточнопильных станков, если хотите уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по контактным телефонам, указанным на странице.

И, наконец, отсутствие дефектов в процессе реализации метода. Любая разновидность операции упрочнения нитридами считается щадящей, так как проводится при такой температуре, при которой атомная решетка материала не меняется, а стабилизируется.

В качестве завершения предлагаем ознакомиться с полезными роликами по теме. Они помогут не только в общих чертах представлять себе цель азотирования металла вообще и сталей в частности, но и предметно понять, каким же образом осуществляется этот процесс. А в том, что он заслуживает реализации, уже не приходится сомневаться, ведь его конечный результат – упрочненная деталь, готовая к длительной эксплуатации.

Руководство по поиску и устранению неисправностей в процессе азотирования

Введение

Процесс азотирования, возможно, является одним из наиболее неправильно понимаемых процессов термохимической обработки поверхности, которые практикуются сегодня. В 2019 году процессу азотирования исполнилось всего сто шестнадцать лет. Патент на азотирование был впервые выдан Махлету из Элизабет, штат Нью-Джерси, в 1908 году, а затем Адольфу Фраю из Германии в начале 1920-х годов. Так что процесс не такой старый, как, например, науглероживание. Тем не менее, это, пожалуй, (с точки зрения химии) один из самых простых из всех термохимических способов обработки поверхности. В этой статье мы опишем некоторые проблемы, которые могут возникнуть в результате и во время процесса азотирования.

Существует много проблем, которые могут возникнуть при процедуре нитрида, и необходимо будет оценить технику процесса. Технологии процесса можно описать на следующей иллюстрации:

На следующей иллюстрации показаны технологии азотирования с использованием технологических сред и диапазон рабочих температур

Из этого можно сказать, что поиск и устранение неисправностей подразделяются на три очень разные категории, которые показаны следующим образом: (рис. 3)

Возвращаясь к рис. 1, мы рассмотрим проблемы, обычно связанные с технологическими проблемами

Газовое азотирование сроки очистки поверхности. Нельзя переоценить важность предварительной очистки поверхности стали. Чистота поверхности является обязательным и первоочередным требованием к успеху процедуры. Поверхностное загрязнение можно наблюдать во многих формах. Рис. 4. После устранения поверхностного загрязнения до процесса азотирования мы можем решить проблему, возникающую в процессе азотирования.

  Отслаивание корпуса

  Это может произойти как прямой результат присутствия загрязнения на поверхности компонента. Изучите метод предварительной очистки перед азотированием и после предварительной механической обработки.

Раздавливание корпуса

Эта проблема обычно возникает из-за низкой твердости сердцевины, которая не поддерживает азотированный корпус. Другая возможность заключается в том, что сформированная гильза слишком мелкая, и это можно исправить, увеличив глубину гильзы. Однако следует с осторожностью относиться к увеличению глубины кейса. Проверьте, каково приложение заготовки и какая нагрузка будет приложена к компоненту

Азотирование в солевых ваннах .

Азотирование в соляной ванне может быть экономичным методом азотирования при условии, что поддерживается как химический состав соляной ванны, так и чистота соляной ванны. Обязательно в начале каждой смены проверяется химический состав соляной ванны и добавляются соответствующие добавки соли, чтобы вернуть ванне ее эксплуатационную прочность.

Необходимо регулярно очищать ванну от шлама, чтобы удалить осажденный оксид во взвешенном состоянии в соли, из рабочих корзин и подвесной проволоки.

Предварительная очистка так же обязательна, как и при процедуре газового азотирования, и, что наиболее важно, после обработки нитридом, чтобы удалить любые следы соли термообработки в отверстиях или полостях.  

Азотирование разбавлением  

Азотирование разбавлением – это процесс, известный с момента первоначальной разработки газового азотирования Адольфом Махлетом. Этот процесс был усовершенствован и разработан в Северной Америке до очень точной науки, и это процесс, в котором по-прежнему используется аммиак в качестве источника азота, но контроль металлургии поверхности процесса осуществляется путем разбавления технологического газа азотом или водородом. Следующей областью управления процессом и воспроизводимости процесса является подача технологического газа в очень точную систему учета газа.

Проблемы, которые могут возникнуть, в основном связаны с металлургическим аспектом процедуры, описанной в разделе о газовом азотировании. Проблемы обычно не связаны с аппаратным обеспечением или программами, хотя нет никаких сомнений в том, что в конечном итоге проблемы могут возникнуть.

Ионное азотирование

Ионное азотирование также известно как азотирование тлеющим разрядом или плазменное азотирование. Этот процесс набирает большую популярность в Северной Америке благодаря законодательству о технологических стоках, европейским инженерным спецификациям и растущему пониманию воспроизводимости и металлургической согласованности процесса благодаря компьютерному управлению. Необходимо понимать, что существует два типа энергосистемы:

• Непрерывное питание постоянного тока
• Импульсный источник постоянного тока

Отсюда два типа аппаратных систем:

• Холодная стена
• Горячая стена

Перегрев детали  

Обычно это происходит из-за слишком близкого расположения деталей и называется эффектом полого катода. Эффект полого катода обычно можно увидеть во время процесса, если посмотреть через смотровое стекло процесса. Иногда можно увидеть, что конкретная область, подверженная эффекту полого катода, светится при видимой температуре. Его также можно увидеть после завершения процесса и выгрузки детали из технологической камеры в виде темной области на той части, где возник полый катод. Его также можно измерить с точки зрения твердости. Эта область детали будет иметь более низкую поверхностную твердость, чем остальная часть компонента.

Деталь также может перегреваться из-за изменений напряжения и силы тока во время процесса. Это может быть вызвано просто использованием неправильного программного значения процесса либо в контроллере процесса, либо на ПК (если управление процессом осуществляется с помощью ПК). Перегрев также может быть вызван просто использованием неправильного значения температуры.

Так какую температуру процесса следует использовать? Это будет зависеть от:

• состава стали, который используется для изготовления детали
• Температура предтермической обработки отпуска
• Металлургия поверхности, которая требуется

Очень важным аспектом неравномерной температуры процесса во время процесса азотирования и в технологической камере является то, что это приведет к изменению глубины корпуса компонента. Поэтому загрузка технологической камеры чрезвычайно важна для предотвращения образования полого катода. Кроме того, важно, чтобы технологические термопары располагались в зоне нагрузки, что будет давать точную картину температуры процесса на поверхности детали. Не менее важно, чтобы процесс управления; значения — это значения, которые известны как «хорошие значения» из предыдущих запусков.  

Потеря азотирования

Если при наблюдении за технологическим режимом через смотровое стекло печи на обрабатываемой детали имеются участки, то свечение плазмы не сидит равномерно вокруг детали , это просто означает, что выбранное рабочее давление неверно и что его значение слишком велико. Если это происходит, очень важно исправить это состояние, потому что там, где на компоненте не видно свечения, не будет происходить эффекта азотирования, что также означает, что не образуется корка или, по крайней мере, образуется очень неглубокая корка. Способ исправления этого состояния заключается в простой проверке отсутствия утечек в сосуде (помните, процесс работает в условиях парциального давления) или, если утечек нет, уменьшите уставку рабочего давления. Пока на детали снова не появится тлеющий шов, детали не будут предварительно покрыты плазменным тлеющим швом и азотироваться не будут.

Дуговой разряд

Это обычно наблюдается в системах с непрерывным постоянным током, но также может происходить в импульсных системах постоянного тока (хотя и не слишком часто в импульсных системах питания). Причина кроется в слишком высоком напряжении процесса, поэтому решением может быть простое снижение напряжения процесса до тех пор, пока разряд не прекратится. Дуговой разряд воспринимается просто как миниатюрный «удар молнии» в технологической камере и, как правило, притягивается к острым углам компонента, что приводит к локальному перегреву и вероятному поверхностному ожогу/локальному плавлению. Решение состоит в том, чтобы просто уменьшить технологическое напряжение или изменить технологическое давление.

Выкрашивание детали

Это обычно наблюдается, опять же, на острых углах. Наиболее вероятной причиной является «нитридная сеть». Это означает, что отколовшийся угол был перенасыщен азотом. Это условие может применяться также к газовому нитриду и соляному нитриду. Причина в том, что в углу присутствует слишком много азота из-за «эффекта угла». Азот растворим в железе примерно до 7% по объему (максимум). Когда происходит перенасыщение, азот осаждается из раствора на стадии охлаждения процесса и оседает на границах зерен в углах компонента. Решение состоит в том, чтобы просто уменьшить количество азота в процессе или закруглить углы компонента.

Низкая поверхностная твердость

Это может быть вызвано низкой доступностью азота при недостаточном количестве азота в растворе со сталью для образования достаточного количества стабильных нитридов на поверхности стали. Еще одно условие, которое может вызвать это, заключается в том, что в самой стали слишком мало легирующих элементов, образующих нитрид. Решение состоит в том, чтобы просто изменить либо сталь, из которой изготовлен компонент, либо увеличить азот и, таким образом, нитридный потенциал технологического газа.

Отслаивание поверхности

Причиной этого состояния обычно является поверхностное загрязнение, попадающее в процесс на поверхности детали. Просто проверьте производственный метод для типа охлаждающей жидкости или смазочно-охлаждающей жидкости, используемой во время операции предварительной обработки, а затем проверьте метод предварительной очистки перед процедурой азотирования. Некоторые поверхностные загрязнения могут быть удалены путем очистки распылением в начале процесса ионного нитрида с использованием водорода в качестве очищающего газа для распыления. Если водород недостаточно агрессивен, можно использовать смешанную смесь водорода и аргона. Однако будьте осторожны с использованием аргона, так как этот газ имеет большой атомный вес и может вызвать травление поверхности. Максимальный рекомендуемый объем аргона составляет 10% аргона с 90% водорода. Как правило, смесь состоит из 5% аргона и 95% водорода. Металлургия для чайников

Азотирование – это процесс цементации, который зависит от поглощения азота сталью. Вся механическая обработка, снятие напряжений, а также закалка и отпуск обычно выполняются перед азотированием. Детали нагреваются в специальной емкости, через которую пропускают газообразный аммиак.

Печь для азотирования

Аммиак распадается на водород и азот, а азот реагирует со сталью, проникая на поверхность, с образованием нитридов. Азотированные стали обладают многими преимуществами: достигается гораздо более высокая поверхностная твердость по сравнению с цементируемыми сталями; они чрезвычайно устойчивы к истиранию и обладают высокой усталостной прочностью.

Систематические исследования влияния азота на поверхностные свойства стали начались только в 1920-х годах. Исследование газового азотирования началось независимо как в Германии, так и в Америке. Этот процесс был встречен с энтузиазмом в Германии, и несколько марок стали были разработаны специально для азотирования, это так называемые азотируемые стали.

Процесс азотирования

С другой стороны, прием в Америке был менее впечатляющим. При таком малом спросе этот процесс был более или менее забыт в США. Только после Второй мировой войны этот процесс был вновь представлен в Европе. За последние несколько десятилетий было проведено большое количество исследований для понимания термодинамики и кинетики протекающих реакций.

Азотирование в соляной ванне

Азотирование — это процесс термообработки, при котором азот проникает в поверхность металла для создания цементируемой поверхности. Он преимущественно используется для стали, а также для титана, алюминия и молибдена. Типичные области применения включают шестерни, коленчатые валы, распределительные валы, толкатели кулачков, детали клапанов, шнеки экструдеров, инструменты для литья под давлением, штампы для штамповки, штампы для экструзии, инжекторы и инструменты для изготовления пластиковых форм. Процессы названы в честь среды, используемой для отдачи азота. Используются три основных метода: газовое азотирование, азотирование в соляной ванне и плазменное азотирование.

Азотирование в соляной ванне

При азотировании в солевой ванне средой, отдающей азот, является азотсодержащая соль, такая как цианидная соль. Используемые соли также отдают углерод поверхности заготовки, превращая соляную ванну в процесс нитроцементации. Используемая температура типична для всех процессов нитроцементации: 550–590 ° C (1022–1094 ° F). Преимущества азотирования солей:

• Быстрое время обработки — обычно порядка 4 часов или около того для достижения
• Простое управление – нагрейте соль и заготовки до температуры и погрузите в воду, пока не истечет время

Недостатки:

• Используемые соли очень токсичны — Утилизация солей регулируется строгими законами об охране окружающей среды в западных странах и увеличивает затраты, связанные с использованием соляных ванн. Это одна из наиболее важных причин, по которой этот процесс потерял популярность за последнее десятилетие или около того.
• Возможен только один процесс с определенным типом соли — поскольку азотный потенциал задается солью, возможен только один тип процесса

Газовое азотирование

При газовом азотировании донором является газ, богатый азотом, обычно аммиак (Nh4), поэтому его иногда называют аммиачным азотированием. Когда аммиак вступает в контакт с нагретой заготовкой, он распадается на азот и водород. Затем азот диффундирует с поверхности в сердцевину материала. Этот процесс существует уже почти столетие, хотя только в последние несколько десятилетий были предприняты целенаправленные усилия по исследованию связанных с ним термодинамики и кинетики.

Газовое азотирование

Последние разработки привели к созданию процесса, которым можно точно управлять. Толщина и фазовый состав получаемых слоев азотирования могут быть выбраны, а процесс оптимизирован для конкретных требуемых свойств. Преимущества газового азотирования перед другими вариантами:

• Всесторонний эффект азотирования (в некоторых случаях может быть недостатком по сравнению с плазменным азотированием)
• Возможны большие объемы партии — ограничивающим фактором является размер печи и расход газа
• Благодаря современному компьютерному управлению атмосферой можно строго контролировать результаты азотирования
• Относительно дешевая стоимость оборудования — особенно по сравнению с плазмой

Недостатками газового азотирования являются:

• Кинетика реакции сильно зависит от состояния поверхности – например, маслянистая поверхность или поверхность, загрязненная смазочно-охлаждающими жидкостями, даст плохие результаты
• Активация поверхности иногда требуется для успешной обработки сталей с высоким содержанием хрома — сравните напыление при плазменном азотировании
• Аммиак в качестве азотирующей среды — хотя и не особенно токсичен, но может быть вреден при вдыхании в больших количествах. Также необходимо соблюдать осторожность при нагревании в присутствии кислорода, чтобы снизить риск взрыва

Плазменное азотирование

Плазменное азотирование, также известное как ионное азотирование, плазменно-ионное азотирование или азотирование тлеющим разрядом, представляет собой промышленную обработку для поверхностного упрочнения металлических материалов. При плазменном азотировании реакционная способность азотирующих сред обусловлена ​​не температурой, а ионизированным состоянием газа. В этом методе интенсивные электрические поля используются для генерации ионизированных молекул газа вокруг азотируемой поверхности.

Плазменное азотирование

Такой высокоактивный газ с ионизированными молекулами называется плазмой по названию метода. Газ, используемый для плазменного азотирования, обычно представляет собой чистый азот, так как не требуется самопроизвольного разложения (как в случае газового азотирования аммиаком). Существует горячая плазма, типичным примером которой являются плазменные струи, используемые для резки металла, сварки, плакирования или напыления. Существует также холодная плазма, обычно генерируемая внутри вакуумных камер в режимах низкого давления.

Обычно стали очень эффективно обрабатывать плазменным азотированием. Преимущество плазменного азотирования связано с тщательным контролем азотированной микроструктуры, что позволяет проводить азотирование с образованием слоя соединения или без него. Улучшается не только производительность металлических деталей, но и увеличивается срок службы. То же самое относится к пределу деформации и усталостной прочности обрабатываемых металлов. Например, механические свойства аустенитной нержавеющей стали, такие как износ, могут быть значительно снижены, а твердость инструментальной стали может быть удвоена на поверхности.

Схема плазменного азотирования

Деталь, подвергнутая плазменному азотированию, обычно готова к использованию. Он не требует механической обработки, полировки или каких-либо других операций после азотирования. Таким образом, этот процесс удобен для пользователя, экономит энергию, поскольку работает быстрее всего и практически не вызывает искажений.

Этот процесс был изобретен доктором Бернхардтом Бергхаусом из Германии, который позже поселился в Цюрихе, чтобы избежать преследований нацистов в 1939 году. Только после его смерти в конце 1960-х годов этот процесс был приобретен группой Клокнера и популяризирован во всем мире. над.

Плазменное азотирование часто сочетается с процессом физического осаждения из паровой фазы (PVD) и называется дуплексной обработкой, чтобы получить дополнительные преимущества. Многие пользователи предпочитают совмещать стадию плазменного окисления на последнем этапе обработки, чтобы получить гладкий как смоль черный слой оксидов, который очень устойчив не только к износу, но и к коррозии.

Поскольку ионы азота становятся доступными при ионизации, в отличие от газовой или солевой ванны, эффективность плазменного азотирования не зависит от температуры. Таким образом, плазменное азотирование можно проводить в широком диапазоне температур от 260°C до более чем 600°C. Например, при умеренных температурах (например, 420°C) нержавеющие стали можно азотировать без образования осадков нитрида хрома и, следовательно, с сохранением их свойств коррозионной стойкости.

В процессах плазменного азотирования газообразный азот (N2) обычно является азотсодержащим газом. Также используются другие газы, такие как водород или аргон. Действительно, аргон и х3 можно использовать перед процессом азотирования при нагреве деталей для очистки азотируемых поверхностей. Эта процедура очистки эффективно удаляет оксидный слой с поверхностей и может удалить тонкие слои растворителей, которые могут остаться.

Это также способствует термической стабильности плазменной установки, поскольку тепло, добавляемое плазмой, уже присутствует во время прогрева, и, следовательно, как только достигается рабочая температура, начинается фактическое азотирование с небольшими изменениями нагрева. Для процесса азотирования также добавляется газ h3, чтобы очистить поверхность от оксидов. Этот эффект можно наблюдать, анализируя поверхность детали при азотировании.

Примеры легко азотируемых сталей включают серии SAE 4100, 4300, 5100, 6100, 8600, 8700, 9300 и 9800, британские авиационные марки стали BS 4S 106, BS 3S 132, 905M39 (EN41B), нержавеющие стали, некоторые инструментальные стали (например, H23 и P20) и некоторые чугуны.

В идеале стали для азотирования должны находиться в закаленном и отпущенном состоянии, при этом азотирование должно происходить при более низкой температуре, чем температура последнего отпуска. Лучше всего подойдет точеная или шлифованная поверхность. Минимальное количество материала должно быть удалено после азотирования, чтобы сохранить твердость поверхности. Азотированные сплавы представляют собой легированные стали с элементами, образующими нитрид, такими как алюминий, хром, молибден и титан.

Вам также может понравиться

Nitriding Process and Nitriding Steels – IspatGuru

Nitriding Process and Nitriding Steels

• satyendra
• August 28, 2014
• 0 Comments
• carburizing, heat treatment, nitriding, Wear resistance, zz,

Процесс азотирования и азотирование стали

  Согласно DIN EN 10052:19№ 94-01 азотирование определяется как термохимическая обработка заготовки с целью обогащения поверхностного слоя азотом. Углеродное азотирование включает обогащение поверхностного слоя азотом и углеродом.

Процесс азотирования, который был впервые разработан в начале 1900-х годов, продолжает играть важную роль во многих отраслях промышленности. Он часто используется в производстве самолетов, подшипников, автомобильных компонентов, текстильного оборудования и систем генерации турбин. Это остается самым простым из методов цементации.

Основой процесса азотирования является то, что он не требует фазового перехода от феррита к аустениту, а также не требует дальнейшего перехода от аустенита к мартенситу. Другими словами, сталь остается в фазе феррита (или цементита, в зависимости от состава сплава) в течение всей процедуры. Это означает, что молекулярная структура феррита (ОЦК) не меняет своей конфигурации и не перерастает в гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку, характерную для аустенита, как это происходит в более традиционных методах, таких как науглероживание. Кроме того, поскольку происходит только свободное охлаждение, а не быстрое охлаждение или закалка, последующего превращения аустенита в мартенсит не происходит. Опять же, нет изменения размера молекул и, что более важно, нет изменения размеров, только небольшой рост из-за объемного изменения поверхности стали, вызванного диффузией азота. То, что может (и делает) вызвать искажение, — это индуцированные поверхностные напряжения, высвобождаемые теплом процесса, вызывающие движение в форме скручивания и изгиба.

Целью азотирования является обогащение поверхностного слоя заготовки азотом для повышения твердости поверхности. В процессе азотирования используется низкая растворимость азота в ферритной кристаллической структуре, что способствует осаждению нитридов железа или нитридов сплавов. При содержании азота в несколько процентов на поверхности образуется нитридный слой, в основном когезионный (связующий слой). Этот слой соединен с диффузионной зоной, в которой осажденные нитриды равномерно распределяются в матрице стали, что приводит к упрочнению, особенно для легированных сталей. Поскольку азот снижает температуру гамма/альфа превращения железа до 590°С температуры азотирования обычно ниже этой температуры. Нижним пределом температуры азотирования принято считать 350°С, так как ниже этой температуры диффузия азота не происходит со скоростью, которая может быть использована технологически или экономически.

По мере снижения температуры время азотирования, необходимое для достижения заданной глубины твердости, увеличивается. Глубина твердости азотирования может достигать 500 мкм при максимальных уровнях твердости > 1000 HV. Поскольку нагрев и охлаждение происходят медленно, а основная структура не претерпевает никаких трансформаций или изменений в объеме, существует лишь небольшой риск деформации.

Металлургические соображения

Азотирование – это ферритный термохимический метод диффузии образующегося азота на поверхность сталей и чугунов. Этот процесс диффузии основан на растворимости азота в железе, как показано на диаграмме равновесия железо-азот (рис. 1).

 Рис. 1. Диаграмма равновесия железо-азот

 ? фаза, которая не показана на диаграмме равновесия железо-азот на рис. 1, существует от 11 % до 11,35 % N при температурах ниже примерно 500 град С.

Предел растворимости азота в железе зависит от температуры, и при 450°С сплав на основе железа поглощает от 5,7 % до 6,1 % азота. Помимо этого, поверхностное фазовое образование на легированных сталях, как правило, представляет собой преимущественно эпсилон (?) фазу. На это большое влияние оказывает содержание углерода в стали. Чем выше содержание углерода, тем выше вероятность образования ?-фазы. По мере дальнейшего повышения температуры до температуры первичной гамма-фазы (??) при 490°С предел растворимости начинает снижаться при температуре приблизительно 680°С. Диаграмма равновесия показывает, что контроль диффузии азота имеет решающее значение для успех процесса.

Существует три основных процесса азотирования. Этими процессами являются газовое азотирование, азотирование в солевой ванне и плазменное азотирование.

Газовое азотирование

При газовом азотировании донором является азотсодержащий газ, обычно аммиак (Nh4). Иногда его называют аммиачным азотированием. Когда аммиак вступает в контакт с нагретой заготовкой, он распадается на азот и водород. Затем азот диффундирует на поверхность стали, создавая нитридный слой. Этот процесс существует уже почти столетие, хотя только в последние несколько десятилетий были предприняты целенаправленные усилия по исследованию связанных с ним термодинамики и кинетики. Недавние разработки привели к процессу, которым можно точно управлять. Толщина и фазовый состав получаемых слоев азотирования могут быть выбраны, а процесс оптимизирован для конкретных требуемых свойств.

Для успешного проведения процесса азотирования необходимо контролировать ряд параметров рабочего процесса. Большинство этих параметров можно контролировать с помощью относительно простых приборов и методов. Эти параметры процесса газового азотирования включают (i) температуру печи, (ii) управление процессом, (iii) время, (iv) расход газа, (v) контроль активности газа и (vi) техническое обслуживание технологической камеры и т. д. Все эти факторы помогают для уменьшения коробления в процессе, за исключением индуцированных остаточных напряжений. Важными факторами контроля газового азотирования являются следующие.

• Общая площадь азотируемой поверхности
• Технологическое давление внутри герметичной технологической камеры
• Система давления подачи газа в герметичную технологическую камеру
• Система отвода газов из герметичной технологической камеры
• Контроль процедуры предварительной термообработки перед азотированием
• Качество и целостность поверхности стали, предварительная очистка перед азотированием
• Стабильный химический состав стали, обеспечивающий максимальную «азотируемость»

Преимуществами процесса газового азотирования являются (i) точный контроль химического потенциала азота в атмосфере азотирования за счет контроля расхода газа азота и кислорода, (ii) всесторонний эффект азотирования, (iii) возможны большие размеры партии, (iv) при современном компьютерном управлении атмосферой результаты азотирования строго контролируются, и (v) относительно низкая стоимость оборудования. Недостатками процесса газового азотирования являются (i) кинетика реакции сильно зависит от состояния поверхности, (ii) активация поверхности иногда необходима для обработки сталей с высоким содержанием хрома, и (iii) аммиак используется в качестве азотирующей среды, которая хотя и не токсична, но может быть вредным при вдыхании в больших количествах. Также необходимо соблюдать осторожность при нагревании в присутствии кислорода, чтобы снизить риск взрыва.

Азотирование в соляной ванне

В процессе соляной ванны используется принцип разложения цианида до цианата и высвобождения азота из соли для диффузии на поверхность стали. Обычно используемые соли также отдают углерод поверхности заготовки, превращая соляную ванну в процесс нитроцементации. Используемая температура типична для всех процессов нитроцементации и составляет 550–570 °C. Преимущество солевого азотирования заключается в том, что оно обеспечивает более высокую диффузию за тот же период времени по сравнению с любым другим методом. Другими преимуществами азотирования солей являются быстрое время обработки, обычно около 4 часов, и простота в эксплуатации. Недостатки способа заключаются в том, что используемые соли очень токсичны, и возможен только один процесс с конкретным типом соли, поскольку азотный потенциал задается солью.

Плазменное азотирование

Оно также известно как ионное азотирование, плазменно-ионное азотирование или азотирование тлеющим разрядом. При плазменном азотировании реакционная способность азотирующих сред обусловлена ​​не температурой, а ионизированным состоянием газа. В этом методе интенсивные электрические поля используются для генерации ионизированных молекул газа вокруг азотируемой поверхности. Такой высокоактивный газ с ионизированными молекулами называется плазмой. Газ, используемый для плазменного азотирования, обычно представляет собой чистый азот, так как не требуется самопроизвольного разложения.

Значение процесса плазменного азотирования заключается в том, что он не основан на разложении или крекинге газа для высвобождения образующегося азота на поверхности стали. Процесс основан на ионизации одного молекулярного газа, которым является азот, и высвобождении ионов азота. Процесс обеспечивает более короткое время цикла благодаря подготовке поверхности стали и ионизации газа. Азотирование теперь не ограничивается сталями, для которых требуются специальные нитридообразующие элементы. Сегодня плазменное азотирование проводят практически для всех сталей и чугунов.

Обычно стали лучше обрабатывать плазменным азотированием. Этот процесс позволяет точно контролировать азотированную микроструктуру, позволяя проводить азотирование с образованием слоя соединения или без него. Повышаются не только характеристики стальных деталей, но и срок службы, а также предел деформации и усталостная прочность обрабатываемых сталей.

Деталь, подвергнутая плазменному азотированию, обычно готова к использованию. Он не требует механической обработки, полировки или каких-либо других операций после азотирования. Таким образом, этот процесс удобен для пользователя, экономит энергию, поскольку работает быстрее всего и практически не вызывает искажений.

Поскольку ионы азота становятся доступными при ионизации, в отличие от газовой или солевой ванны, эффективность плазменного азотирования не зависит от температуры. Таким образом, плазменное азотирование можно проводить в широком диапазоне температур, от 260 °C до более чем 600 °C. Например, при умеренных температурах (например, 420 градусов C) нержавеющие стали можно азотировать без образования осадков нитрида хрома и, следовательно, с сохранением их свойств коррозионной стойкости.

В процессах плазменного азотирования газообразный азот обычно является газом-носителем азота. Также используются другие газы, такие как водород или аргон. Действительно, эти газы используются перед процессом азотирования при нагреве деталей для очистки азотируемых поверхностей. Эта процедура очистки эффективно удаляет оксидный слой с поверхностей и может удалить тонкие слои растворителей, которые могут остаться. Это также способствует термической стабильности плазменной установки, поскольку тепло, добавляемое плазмой, уже присутствует во время прогрева, и, следовательно, как только достигается температура процесса, фактическое азотирование начинается с незначительными изменениями нагрева. В процессе азотирования также добавляется газообразный водород, чтобы очистить поверхность от оксидов.

Микроструктуры

Микроструктура азотированного железа показана на рис. 2. Понятно, что составной слой состоит из подслоев ? фаза и ?? фаза. ? фаза близка к поверхности и ?? фаза находится вблизи диффузионной зоны.

(a) (b)

Рис. 2 (а) Структура составного слоя нитрийного железа (B) Схематическая последовательность фаз во время атлера железа

Схема типичной нитричной структуры приведена на рис. 3.

Рис. 3 Схема типичной нитричной структуры корпуса

Нитрительные стали

Примеры легко ни с ними. , 5100, 6100, 8600, 8700, 9300 и 9800, британские авиационные стали марок BS 4S 106, BS 3S 132, 905M39 (EN41B), нержавеющие стали, некоторые инструментальные стали (например, H23 и P20) и некоторые чугуны.

Предпочтительным материалом обычно является азотированная сталь, легированная сталь с элементами, образующими нитрид. Стали для азотирования представляют собой хромомолибденовые стали и содержат алюминий, который после азотирования обеспечивает гораздо более высокую поверхностную твердость.

Из нитридообразующих элементов алюминия, хрома, ванадия и молибдена хром и алюминий особенно влияют на поверхностную твердость. Однако 1 % алюминия приводит к более высокому увеличению твердости, чем 3 % хрома, и это не зависит от содержания углерода в стали, поскольку алюминий не образует карбидов и поэтому полностью доступен для образования нитридов.

Более низкое содержание молибдена и ванадия улучшает стойкость к отпуску и снижает чувствительность к отпускной хрупкости.

Более высокая поверхностная твердость, обусловленная дополнительными легирующими элементами, приводит к меньшей склонности к прилипанию к партнеру по износу и к повышенной стойкости к истиранию. Однако повышенная твердость поверхности также приводит к более высокому риску растрескивания при механическом воздействии.

Алюминий имеет сильное сродство к азоту, образуя очень твердые нитриды алюминия, которые весьма стабильны в количествах до 1,0 % алюминия. При содержании выше 1,0 % алюминий не оказывает влияния на результирующую твердость при азотировании.

Поскольку деформируемость азотированной детали зависит не только от тонкого твердого нитридного слоя, но и от химического состава и структуры основного материала, для всех азотированных сталей справедливо следующее: Чем более однородна и мелкозерниста структура тем лучше результат азотирования.

Однако обычно исходное состояние после отпуска (QT) предпочтительнее мягкого отожженного состояния (A).

Азот переносится из окружающей среды на следующих этапах.

• Адсорбция атомов азота на поверхности компонента
• Абсорбция (атомов азота) поверхностью компонента
• Диффузия атомов азота по границам зерен и внутри зерен

Нитриды образуются вокруг затравочных точек на поверхность детали (границы зерен и узлы, в которых сходятся несколько зерен). По мере увеличения концентрации азота и времени азотирования нитриды прорастают глубже и расширяются в стороны в зернах до тех пор, пока не образуется замкнутый слой. Наряду с нитридообразующими элементами сплава нитриды формируются и субмикроскопически диспергируются в матрице.

  Почти неизбежно, что этот слой имеет определенную степень пористости. Это связано с рекомбинацией в молекулярный азот в энергетически выгодных местах, таких как границы зерен в соединительном слое. Соединительный слой может быть хрупким с тенденцией к скалыванию, поэтому в некоторых случаях его удаляют шлифованием. Прилегающая диффузионная зона влияет на прочностные характеристики (сопротивление усталости) и повышает сопротивление износу при качении и истиранию.

Состав нитридных слоев может быть значительно изменен путем адаптации условий азотирования и систематического выбора материалов. Переход от твердости диффузионной зоны к твердости ядра основного материала происходит плавно, что, в отличие от поверхностных слоев, снижает риск выкрашивания при механическом воздействии. Нитридные слои также обладают термостойкостью до прибл. 550 град С.

  Глубина азотированной твердости является характеристической величиной толщины нитридного слоя. Он описывает расстояние по вертикали от поверхности до точки, в которой твердость все еще на 50 HV выше, чем твердость сердцевины.

С повышением температуры отпуска увеличивается количество карбидов Cr и Mo. Это уменьшает осаждение нитридов и приводит к меньшему увеличению твердости. Температура азотирования должна быть ниже температуры отпуска, чтобы не допустить снижения твердости сердцевины.

  Марки стали, содержащие алюминий, образуют больше оксидов алюминия, которые ухудшают микроскопический, оксидный уровень чистоты и препятствуют диффузии азота на поверхность компонента, если на поверхности компонента происходит осаждение.

Чем выше содержание сплава в основном материале (азотируемой стали), тем выше может быть достигнута поверхностная твердость. Сжимающие остаточные напряжения в азотированном поверхностном слое также увеличиваются, что приводит к повышению усталостной прочности. Это, однако, также снижает глубину твердости азотирования, которая может быть достигнута, поскольку легирующие элементы ухудшают диффузию азота внутрь компонента.

Свойства

Ниже приведены свойства азотированных сталей

• High resistance to abrasion
• High surface hardness
• Lower friction coefficient
• Improved corrosion resistance
• Improved heat resistance to about 500 deg C
• Increased fatigue strength
• Good size and shape accuracy

ALD France Nitriding

Что такое азотирование?

Азотирование — это процесс термической обработки, при котором азот рассеивается на поверхности металла для создания цементируемой поверхности.

Как и науглероживание, азотирование представляет собой термическую обработку, улучшающую свойства поверхности. Азотированные детали обладают такими преимуществами, как устойчивость к более высоким температурам, чем науглероживание, и меньшее искажение размеров в процессе обработки.

Процесс азотирования имеет два эффекта, в зависимости от содержания азота на обрабатываемой поверхности заготовки:

1. Упрочнение поверхности обработанного материала путем диффузии азота.
2. Рост очень твердого слоя одно- или двухфазных нитридов железа («белый слой»).

Nitriding — лучший способ построить детали с:

• Высокая поверхностная твердость, до 1400 HV
• Высокая износостойкость
• Коррозионная устойчивость
• Повышенная свойства скольжения.
• Очень малая деформация размеров
• Отсутствие доработок или минимальная механическая обработка по сравнению с цементацией

Азотирование — идеальный процесс для автомобильной, авиационной, часовой, инструментальной и фармацевтической промышленности, которым необходимо улучшить свойства таких деталей, как:

• Gears
• Motor and pump components
• Drive shafts
• Extrusion dyes tools and machining elements
• Dyes and punches
• Catheters and needles

Nitriding technologies differences

Ald France’s Nitriding Solutions

• . контроль нитридных слоев (CLT и NHD)
• Тест азотирования деталей заказчика
• Металлургический анализ азотированных деталей
• Оценка потребления энергии, жидкостей и расходных материалов для процесса азотирования.
• Учебный центр по азотированию, процессам и печам

Почему ALD France является лучшим партнером в области азотирования?

Эксперт в нескольких процессах азотирования, таких как:

• Газовое азотирование, нитроцементация и оксинитрирование
• Плазменное азотирование, нитроцементация, DCPN и ASPN
• Предварительное и постоксидирование и марки NitroTherm©
• Предлагаем стандартные газовые и плазменные печи или специальные печи для особых нужд
• Большая установленная база печей для азотирования на различных рынках на протяжении более 20 лет
• Тесные отношения с клиентами и партнерами для обеспечения наилучшего обслуживания
• Член Исследовательского института материалов и технологических процессов IRT-M2P
• Специализированная лаборатория азотирования и специалисты
• Предоставляет специализированные послепродажные услуги по азотированию
• Всемирная сеть продаж и обслуживания

Еще больше о азотировании

Nitriding related products

ASPN furnace
ALD France plasma furnace for
DCPN , and ION ₂ -cloud® ASPN Processes

NiH
ALD France gas nitriding furnace

Подробнее о процессах азотирования

Плазма Процесс азотирования

Газ Процесс азотирования

Свяжитесь с нами

Для получения дополнительной информации воспользуйтесь формой ниже или отправьте электронное письмо по адресу sales@ald-france. eu

1. Ваше имя* Используйте буквенно-цифровые символы
2. Электронная почта*
3. Телефон*
4. Ваш проект связан с каким-либо не эти стандарты? Аэронотика (NADCAP, AMS, …)Автомобильная (CQI9, …)Ядерная (RCC, ASME, ESPN, …)Военная (MIL, …)Фармацевтическая (FDA/GMP, ISPE, …)Японские стандарты (JIS)Нефтяная (API)Другое
5. Какой процесс вам нужен? Азотирование (газовое или плазменное)ОтпускПаяниеЗакалкаМарингованиеОтжигСпеканиеДегазацияЯдерная энергетика (МОХ, UO2, ИГМ, др.)Специальные примененияДругое
6. Сообщение

Ваша информация будет использоваться только для ответа на ваш контактный запрос и не будет передана какой-либо другой стороне. Мы приглашаем вас ознакомиться с нашим юридическим термином.

Ионное азотирование и ионное азотирование FNC

Surface — ваш опытный поставщик ионных технологий

с использованием наших надежных печей

Surface® Combustion предлагает широкий ассортимент стандартных и специально разработанных печей ионного (плазменного) части.

Благодаря разнообразным возможностям атмосферного и ионного азотирования, а также сопутствующему оборудованию и элементам управления, Surface предлагает наилучшие технологии, подходящие для каждого конкретного требования обработки.

Идеально подходит для деталей с увеличенным сроком службы, которые получают выгоду от этого высокоточного процесса азотирования.

Азотирование — это процесс поверхностного упрочнения, при котором азот добавляется к поверхности черных металлов. Образуется тонкий однородный твердый поверхностный слой, известный как составной слой или белый слой.

Ионные характеристики:

Варианты продукта

Яма Печа

Крышка и базовая печь

Горизонтальная печь

Lab Size Furvace

9000

Surface Solution:

. Процесс Ion Antrecative tot nitridipt nitridipt nitridipt nitridipt nitridipt nitridipt использует вакуумную среду вместе с высоковольтной электрической энергией в виде плазмы для ускорения ионов азота, чтобы они столкнулись с поверхностью заготовки. Эта ионная бомбардировка действует как первичный или вторичный источник тепла, очищает поверхность и поставляет азот на поверхность.

Изначально лицензированная технология Surface Combustion использует источники питания постоянного тока, а теперь предлагает импульсное решение переменного тока с обнаружением дуги. Основные различия между обычным газовым и ионным азотированием заключаются в том, что электрическая энергия используется для выработки азота на поверхности обрабатываемой детали, а также в том, что не требуется аммиак.

Компания Surface установила печи для ионного азотирования по всему миру и предлагает широкий спектр конструкций и сопутствующего оборудования для следующих процессов:

• Белый слой Epsilon
• Белый слой Gamma Prime
• Без белого слоя

Как правило, ионное азотирование можно проводить везде, где используется традиционное газовое азотирование в конфигурации печи периодического действия. Surface предлагает широкий выбор конструкций систем печей, как вертикальных, так и горизонтальных, и может быть добавлен в любую обрабатывающую ячейку благодаря узлу с холодной стенкой. Мы предлагаем печи для азотирования в нескольких других конфигурациях наряду с печами для ионного азотирования, такими как электрическая ретортная шахтная печь для азотирования.

Поверхностное оборудование. до 20 000 фунтов (от 1 360 до 9 071 кг)

Повторяемый процесс: Высокая повторяемость

Площадь помещения: Холодные стены, может находиться в зоне обработки

Поверхность имеет возможность протестировать процесс и оптимизировать результаты для проверки исход. Наша лаборатория используется для создания рецепта, необходимого для достижения наилучших результатов продукта. Для каждой печной установки разрабатывается рецепт.

Азотирование выполняется при более низкой температуре и не требует закалки, что сводит к минимуму деформацию, не влияет на твердость сердцевины и позволяет получить окончательную форму детали без последующей обработки.

Процесс азотирования обеспечивает превосходную твердость поверхности без деформации. Повышаются износостойкость и сопротивление истиранию, а также повышается коррозионная стойкость. Заготовки в этом процессе, как правило, имеют более высокую усталостную прочность.

Aerospace

Engine Components

Exhaust Components

Fasteners

Fuel Lines/Components

Hydraulic Components

Landing Gears

Structural/Wing/Flap

Agriculture

Agriculture

Blades

Cutters

Инструменты

Алюминий

Пресс-формы

Матрицы для волочения

Литье под высоким давлением

Матрицы (HPDC)

Armaments

Breech Blocks

Cannon Barrels

Rifle Barrels

Automotive and Truck Industries

Engine
(Gasoline & Diesel)

Barrels

Cylinder Bushings

End Plates

Fuel Injectors

Gears

Подъемники

Форсунки

Валы

Цепи ГРМ

Клапаны

Корпуса и сборка

Шаровые шпильки

Bumper Floms

Hot Forging Dies

Лезрики бритвы

ДВИДА
(бензин и дизель)

. Держатели бит

Держатели лезвий

Лезвия для бритвы

Лезвия для бритвы

Лезвия для пил (биметаллические)

Лезвия для пил (из одного металла)

Energy

Compressors

Rings

Valves

Valve Seats

Plastics Industry

Barrels

Check Valves

End Plates

Molds

Nozzles

Pins

Screws

Sleeves

Textile Industry

Протяжки

Направляющие

Ролики

Ролики

Изнашиваемые пластины

Инструментальная промышленность

Сверла

Червячные плиты

Фрезы

Пуансоны

Развертки

Метчики

Обширная линейка печей Surface включает соответствующее вспомогательное оборудование, обеспечивающее завершение процесса установки линии азотирования. Системы управления оборудованием и печами разрабатываются с учетом ваших потребностей.

Сопутствующее оборудование

Surface предлагает полную линейку сопутствующего оборудования для печи азотирования с контролируемой атмосферой:

• Системы охлаждения с принудительной атмосферой
• Загрузочные тележки для горизонтальных конфигураций
• Диспетчерские компьютерные системы управления

Система управления печью

Система многозонного электрического нагрева входит в состав каждой системы печи. Все конфигурации печей для азотирования могут быть снабжены регулятором потенциала азотирования (Kn). Эта система состоит из:

• Онлайновых баз данных материалов
• Калькуляторов технологических процессов
• Контроль давления в печи
• Контроль температуры

Atmosphere probes for online continuous control of:

• Nitriding Potential
• Nitrocarburizing Potential
• Oxidation Potential
• Disassociation Rate

Additional Benefits:

• Mass flow controls for precise control of flow rates
• Available control система для температуры печи, температуры загрузки, давления в печи, состава газовой смеси и электропитания

• Новые клиенты
• Существующие клиенты

Готовы начать?

Пожалуйста, позвоните нам, когда вы будете готовы обсудить новую печь или обслуживание, модернизацию или замену вашей печи или какой-либо ее части. В Surface мы с нетерпением ждем возможности помочь вам с любыми потребностями в термической обработке.

Call Surface со следующей информацией, готовой инициировать решение вашей печи.

• цикл
• работа
• часов в год
• свободное место
• диапазон рабочих температур
• источник тепла

Позвоните нам

(800) 537-8980

Нужна поддержка?

Пожалуйста, позвоните нам, когда вы будете готовы обсудить новую печь или обслуживание, модернизацию или замену вашей печи или какой-либо ее части. В Surface мы с нетерпением ждем возможности помочь вам с любыми потребностями в термической обработке.

В разделе «Запчасти и обслуживание» по возможности укажите одну или несколько из следующих сведений о вашей печи:

• Серийный номер
• Рисунок Номер
• Фотографии вашей печи или деталей для замены
• Список запасных частей
• История перестройки печи

Позвоните нам

(800) 537-89090

99009

(800) плазменного азотирования?

Занимаетесь ли вы автомобилями, самолетами, механикой или промышленностью, вы знаете одно:

Немецкий. Стали.

Во время Второй мировой войны физики доктор Венхельт и швейцарец доктор Бернхард Бергхаус разработали метод закалки стали без деформации и опасности.

С тех пор мы усовершенствовали и освоили то, что они называли «тлеющим разрядом», чтобы подняться на вершину словенской игры в области термообработки.

Что делает этот процесс таким важным и почему мы им занимаемся?

В этой статье мы обсудим, как работает плазменное азотирование и почему оно необходимо для современного качества стали.

Альтернатива газу, хромовым пластинам и соляным ваннам

Несмотря на то, что у вас может быть разный пробег, плазменное азотирование превосходит другие формы поверхностного упрочнения своей износостойкостью, рациональным процессом и высоким уровнем контроля.

Еще одной формой азотирования является газовое азотирование, при котором аммиак поступает в камеру, рассеивая азот на поверхности для создания твердого слоя.

В последние годы была разработана компьютеризированная система управления газовым азотированием, позволяющая осуществлять полный контроль вовлеченных термодинамических свойств, а также уровня кислорода. (Смешивание аммиака с воздухом… опасно.)

Еще одна альтернатива — азотирование в соляной ванне, быстрое и чрезвычайно токсичное. Очень похоже на пьяную связь на одну ночь.

Эти процессы эффективны при различных обстоятельствах, но плазменное азотирование нетоксично, гибко и точно. Особенно, когда вы имеете дело с материалами на основе железа или пористыми веществами, такими как спеченная сталь.

Плазменное азотирование обычно применяется для зубчатых колес, коленчатых валов, цилиндров, пластиковых форм, автозапчастей, промышленных инструментов и других механических деталей, требующих прочности.

Практическое руководство: плазменное азотирование

Сначала изделие герметизируется в вакууме низкого давления.

Для газовой плазмы требуется только азот, но часто это делается с водородом, аргоном и метаном. В отличие от газового азотирования, эти химические вещества не являются основным механизмом метода.

Когда указанные газы заполняют заднюю часть, мощные электрические поля омывают продукт постоянным напряжением, образуя ионизированные молекулы. Это плазма.

Железо как часть головоломки подходит к нитриду, который является формой азота. Поэтому вполне естественно, что стальные сплавы должны хорошо реагировать на газ.

Обычно для этого процесса требуется определенная температура азота. В то время как мы регулируем температуру при плазменном азотировании, именно электричество вызывает реакцию.

Образующаяся плазма видна через окно камеры.

Соединения, которые образуются в этом процессе, осаждают активный азот на материале, образуя твердый слой с углеродом.

Толщина первых слоев может составлять около 20 микрон, что уже творит чудеса с вашим металлом.

Верх

Итак, почему ионное азотирование того стоит?

Это чистый процесс с преимуществами от экономичности до гибкости.

• Без разрывов. Плазменно-ионное азотирование — процесс без искажений. Это означает, что ваша поверхность не изменится вообще. Это потому, что мы делаем это при средней температуре, которая снимает напряжение стали, сохраняя ее целостность.
• Нет износа. Не ждите, что слой исчезнет в ближайшее время. Он прочный и плотный. Никакие изгибы, раскатывания или прессования не сломают его легко.
• Нелепая твердость. Твердость может увеличиться в 40 раз. Исследования показали, что для удвоения твердости образцов практически не требуется времени. И мы постоянно доказываем это в нашей лаборатории.
• Изменения поверхности. Обеспечивая минимальные изменения размера или формы, мы можем повысить устойчивость металла к трению и коррозии.

• Консистенция. Плазменное азотирование является контролируемым процессом. Мы можем делать одно и то же снова и снова и каждый раз получать одни и те же результаты. Вам не нужно беспокоиться о том, что одна сторона покрыта, а другая нет. Если вы этого не хотите, что приводит нас к…
• Гибкость. Замаскировать металл очень просто. Это означает, что вы можете добавлять слои только к части поверхности, столько или меньше, сколько вам нужно.
• Экологичность. Этот процесс не токсичен и использует вдвое меньше энергии и газа, чем другие методы. Он так же чист, как чистка зубов.

Этот метод закалки чрезвычайно эффективен и динамичен.

Для поверхностей не требуется полировка или последующая обработка, но это можно сделать, если вам нужен сверхгладкий металл.

Экономическая эффективность ионного азотирования

По сравнению с газовым азотированием этот процесс требует гораздо меньше времени и ресурсов.

Кроме того, технология и оборудование для плазменного азотирования стоят намного дороже.

Таким образом мы можем работать с более тяжелыми металлами, создавая слои регулярно и эффективно.

Если вам нужна большая партия с малым весом, вы можете вместо этого рассмотреть газовое азотирование. Просто имейте в виду, что в газовом процессе нет такой вещи, как маскировка. (Но мы можем провести частичное азотирование газом.)

Говоря об этом, каковы недостатки плазменного азотирования?

Как мы уже говорили, размер печи определяет размер вашего металла.

Как и все остальное, азотированный слой изнашивается при многократном контакте. Хотя он может выдерживать огромные температуры и служить вам долго, это зависит от вашего металла и того, как вы его используете.

Если вам нужно покрыть различные металлы, потребуется несколько партий, так как температура регулирования будет разной для каждого вида.

Мы уделяем большое внимание качеству вашего металла, например, предотвращению эффекта полого катода. Именно здесь на процесс плазменного азотирования влияют «глухие дыры».

В действительности недостатков ионного азотирования гораздо меньше, чем у газового азотирования.

Выбор зависит от вашей ситуации. Что вам нужно сделать? Каков твой бюджет?

Могу ли я его использовать?

Абсолютно. Некоторые из наиболее распространенных областей применения ионного азотирования:

• Детали автомобилей
• Части машиностроения
• Коленчатые валы
• Шестерни
• Инструменты для литья под давлением
• Пластиковые формы
• Арматурное оборудование

Список можно продолжить.