9.3.Азотирование стали. Азотирование стали

Азотирование стали

Азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее в аммиаке. Азотирование очень сильно повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивления коррозии в таких средах, как атмосфера, вода, пар и т.д. Твердость азотированного слоя заметно выше, чем цементируемой стали и сохраняется при нагреве до высоких температур (500 – 550 0С), тогда как твердость цементируемого слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200 – 225 0С.

До азотирования детали подвергают закалке, высокому отпуску (улучшению) и чистовой обработке. После азотирования детали шлифуют или полируют. Азотирование стальных изделий проводят интервале температур 500-6200С в аммиаке, который при нагреве диссоциирует, поставляя активный атомарный азот:

NН3→N + 3Н.

В системе Fе—N при температурах азотирования могут образовываться следующие фазы: α-раствор азота в железе (азотистый феррит), γ-раствор азота в железе (азотистый аустенит), промежуточная γ'-фаза переменного состава с г. ц. к. решеткой и промежуточная ε-фаза с г. п. решеткой и широкой областью гомогенности (от 8,1 до 11,1 % N при комнатной температуре). В общем случае формирование структуры диффузионного слоя азотируемой стали зависит от состава стали, температуры и длительности нагрева, а также и скорости охлаждения после азотирования. При азотировании стали при 590 ºС диффузионный слой состоит из трех фаз: ε, γ' (Fe4N), и α.

Высокая твердость и износостойкость азотируемых конструкционных сталей обеспечиваются нитридами легирующих элементов, которые существенно влияют на глубину азотированного слоя и поверхностную твердость. Наиболее высокая поверхностная твердость и износостойкость при азотировании достигается в хромомолибденовых сталях, дополнительно легированных алюминием, типичным представителем которых является сталь 38Х2МЮА.

Азотирование повышает предел усталости конструкционных сталей за счет образования в поверхностном слое остаточных напряжений.

Тонкий слой ε-фазы (0,01 — 0,03 мм) хорошо защищает простые углеродистые стали с содержанием углерода от 0,1- до 1,0 % от коррозии во влажной атмосфере и других средах.

Нитроцементация

Процесс одновременного насыщения стали углеродом и азотом в газовой среде называется нитроцементацией. Нитроцементацию проводят при более низких температурах (850 – 870 0С) по сравнению с цементацией. Это обусловлено тем, что азот проникая в сталь одновременно с углеродом, понижает температуру существования твердого раствора на основе γ-железа и тем самым способствует науглероживанию стали при более низких температурах. Понижение температуры насыщения без увеличения длительности процесса позволяет снизить деформацию обрабатываемых деталей, уменьшить нагрев печного оборудования. Для газовой цементации и нитроцементации применяют практически одинаковое оборудование.

Для нитроцементации рекомендуется использовать контролируемую эндотермическую атмосферу, к которой добавляют 3 – 15 % неотработанного природного газа и 2 – 10 % NН3 или в случае шахтной печи – жидкий карбюризатор – триэтаноламин (С2Н5О)3 N, который в виде капель вводят в рабочее пространство.

Нитроцементации обычно подвергают легированные стали с содержанием до 0,25% С. Продолжительность процесса 4-10 ч. Толщина нитроцементованного слоя составляет 0,2–0,8 мм. После нитроцементации следует закалка, либо непосредственно из печи с подстуживанием до 800 – 825 0С, либо после повторного нагрева; применяют и ступенчатую закалку. После закалки проводят отпуск при 160 – 180 0С.

При оптимальных условиях насыщения структура нитроцентируемого слоя должна состоять из мелкокристаллического мартенсита, небольшого количества мелких равномерно распределенных карбонитридов и 25 – 30 % остаточного аустенита.

Твердость слоя после закалки и низкого отпуска составляет 58 – 64 HRC (5700 – 6900 HV). Высокое содержание остаточного аустенита обеспечивает хорошую прирабатываемость например, не шлифуемых автомобильных шестерен, что обеспечивает их бесшумность. Максимальные показатели прочности достигаются только при оптимальном для данной стали содержании на поверхности нитроцементируемого слоя углерода и азота.

В последние годы получил применение процесс низкотемпературной нитроцементации.

Низкотемпературную нитроцементацию проводят при 570 0С в течение 0,5 – 3,0 час в атмосфере, содержащей 50 % эндогаза (экзогаза) и 50 % аммиака или 50 % пропана (метана) и 50 % аммиака. В результате такой обработки на поверхности стали образуется тонкий карбонитридный слой Fe3(N, C), обладающий высокой износостойкостью. Твердость такого слоя на легированных сталях составляет 5000 – 10000 HV. Низкотемпературная нитроцементация повышает предел выносливости изделий. Процесс рекомендован для замены жидкого азотирования в расплавленных цианистых солях.

Все эти виды упрочняющей термической обработки имеют свою специфику и особенности и, как правило, используются в различных технологических операциях при термической обработке сталей и сплавов.

studfiles.net

Азотирование сталей

Азотирование - это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее в диссоциированном аммиаке. Такой химико-термической обработке подвергают детали, которые работают на износ при разогреве поверхности до 400°С.

Азотирование сильно повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости, коррозионные свойства в атмосферной среде, воде и т. д. Твердость азотированного слоя выше, чем цементованной стали, и сохраняется при нагреве до высоких температур (500–550 °С), тогда как твердость цементируемого слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200–225 °С.

До азотирования детали подвергают закалке, высокому отпуску (улучшению) и чистовой обработке, т.к. после азотирования нет необходимости в дальнейшей термообработке. Как правило, после азотирования детали не имею коробления поверхностей, либо они минимальны. После азотирования детали шлифуют или полируют, либо вообще не подвергают механической обработке. Азотирование стальных изделий проводят в интервале температур 500–620 °С (в зависимости от геометрии детали, требованиям к процессу, конечным свойствам изделия и т.д. ) в аммиаке, который при нагреве диссоциирует, поставляя на поверхность активный атомарный азот:

NН3→N + 3Н

Микроструктура азотированного слоя

При температурах азотирования, в стали могут образовываться следующие фазы: α-фаза – твердый раствор азота в Feα (азотистый феррит), γ-фаза – твердый раствор азота в Feγ (азотистый аустенит), γ'-фаза – твердый раствор на основе нитрида железа Fe4N и промежуточная ε-фаза – твердый раствор на основе нитрида железа Fe2-3N. В общем случае формирование структуры диффузионного слоя азотируемой стали зависит от состава стали, температуры и длительности нагрева, а также скорости охлаждения после азотирования. При азотировании стали при 590 ºС диффузионный слой состоит из трех фаз: ε, γ' и α. Микроструктура азотированного слоя стали выглядит примерно так, как показано на рисунке.

Стали для азотирования

Теоретически, азотированию можно подвергать любые стали и чугуны, но широкого практического применения многие материалы для азотирования не получили, т.к. например твердость азотированного железа очень мала и составляет примерно 340 HV.

Для азотирования используются стали легированные алюминием, хромом, молибденом, ванадием. Хром, молибден и ванадий повышают растворимость азота в α-фазе и образуют специальные нитриды MN и M2N. Наиболее высокие поверхностная твердость и износостойкость при азотировании достигаются в хромомолибденовых сталях, дополнительно легированных алюминием. Типичным представителем таких сталей является сталь 38Х2МЮА. Кроме этого, молибден в стали устраняет отпускную хрупкость, которая может возникнуть при медленном охлаждении.

Технология азотирования сталей

Азотирование тонкостенных изделий рекомендуется делать при температурах 500–520 °С. При этих температурах и выдержке 24-60 часов возможно получение слоя 0,3-0,6 мм.

Для ускорения процесса проводят двухступенчатое азотирование: сначала при температурах 500–520 °С, а затем при 540–560 °С. При таком процессе, не смотря на достаточно высокую температуру, сохраняется высокая твердость азотированного слоя. Значительное сокращение процесса, в 2-4 раза, достигается применением азотирования в тлеющем разряде - ионное азотирование.

Азотирование повышает предел усталости конструкционных сталей за счет образования в поверхностном слое остаточных напряжений. Тонкий слой ε-фазы (0,01–0,03 мм) хорошо защищает простые углеродистые стали с содержанием углерода от 0,1 до 1,0 % от коррозии во влажной атмосфере и других средах.

heattreatment.ru

9.3.Азотирование стали.

Насыщение стали азотом называется азотированием. Азотирование также, как и цементация является методом поверхностного упрочнения стали. Однако по сравнению с цементацией азотирование имеет ряд преимуществ:

1. Более высокая поверхностная твердость, которая сохраняется при нагреве до высоких температур (600-650°С), тогда как твердость цементованного слоя с мартенситной структурой сохраняется только до 200-250 °С ;

2. Большая устойчивость против износа, действия знакопеременных нагрузок;

3. Сопротивление коррозии в атмосфере, в воде, паре;

4. Меньшая деформация и коробление;

5. Не требует последующей термической обработки;

Недостатком азотирования является значительно большая продолжительность процесса, т.к. оно проводится в основном для легированных сталей и при более низких температурах по сравнению с цементацией. Азотирование широко применяется для шестерен, цилиндров мощных двигателей, многих деталей станков, втулок насосов и др. Азотирование чаще всего проводят в атмосфере аммиака Nh4, который при повышенных температурах диссоциирует с образованием активных атомов азота.

2 Nh4—> 2N (атом) + 6Н

Атомы азота адсорбируются поверхностью стали диффундируют вглубь, образуя железистоазотистые фазы.

В системе Fe - N возможно образование следующих фаз:

α- азотистый феррит 0,42 %N при 590° и 0,01%N при 20° ;

γ- азотистый аустенит существует при t > 590 ° ;

γ‘ - нитрид Fe4 N, содержащий 5,7%N;

ε - нитрид Fe2 N, содержащий от 8,1 до 11,1% N.

Если проводить азотирование при t1 < 5900 С, то в поверхностном слое будут образовываться фазы, соответствующие диаграмме Fe-N.

Таким образом, структура поверхностного слоя после такого азотирования состоит из ε- фазы, несколько ниже γ и α- фазы. При температуре азотирования t2 >590° на поверхности возникает α-фаза, а затем при достижении предела ее насыщения образуется γ- фаза, после насыщения которой на поверхности появляется γ ' (Fe4 N) и, наконец, ε фаза. При медленном охлаждении с t2 до комнатной γ - фаза претерпевает эвтектоидное превращение: γ (γ + α ) эвтектоид, а ε и α фазы выделяют избыточную γ ' фазу (Fe4 N ). Распределение концентрации азота по глубине диффузного слоя при t2 представлено на рис. 9.4.

Основные цели азотирования:

повышение твердости, износостойкости поверхности;
повышение усталостной прочности;

От цели азотирования зависит выбор режима процесса, а от последнего глубина и состав азотированного слоя. Различают упрочняющее азотирование и антикоррозионное.

Упрочняющее азотирование.

При насыщении железа азотом не наблюдается повышение твердости; поэтому чистое железо не подвергают азотированию. При насыщении азотом стали на поверхности образуется карбонитридные фазы Fe4 (N,C), Fe3 (N,C) и Fe2 (N,C). Азот образует нитриды со многими легирующими элементами (Мn, Сг, Ti, A1, V, Мо, Zr и др.) Дисперсные твердые нитриды легирующих элементов (VN, Cr2N и др.) препятствуют движению дислокации и тем самым повышают твердость и прочность азотированного слоя (рис.81).

При низких температурах азотирования в твердом растворе образуется сегрегация азота, при более высокой температуре дисперсные нитриды. Наиболее сильно упрочняют при азотировании нитриды A1, Сг, Мо, V (рис.9.5,а). Упрочняющему азотированию подвергают сталь со средним содержанием углерода 0,25-0,4% С. Наибольшее упрочнение вызывает азотирование сталей, легированных Сг, A1, Ti, Мо, и др.

Если от азотированного слоя требуется высокая твердость и износостойкость, то применяют сталь типа нитралоя, легированные молибденом и алюминием.

Технологический процесс изготовления детали из стали типа нитралой предусматривает:

1.Предварительную термическую обработку (улучшение) для повышения прочности и вязкости сердцевины деталей: 1зак. = 900-950°С охлаждение в масле, высокий отпуск при t = 600-675°С, превышающий температуру азотирования;

2.Механическую обработку деталей, вплоть до шлифования;

3.Защиту от азотирования отдельных частей детали, не подлежащих азотированию, оловом (0,01 -0,015мм) или жидким стеклом;

4. Азотирование при t = 500-520°С, время выдержки для получения δ = 0,3-0.6мм от 24 до 90 часов;

5. Окончательное шлифование.

Чем выше температура азотирования, тем ниже твердость азотированного слоя, что вызвано коагуляцией нитридов легирующих элементов.

Для ускорения процесса азотирования проводят ступенчатое азотирование: 1-я стадия при t = 500-520°С, 2-я стадия при 540-600°С. Повышение температуры азотирования вызывает увеличение деформации, без существенного понижения твердости, значительно (в 2-3 раза) сокращается общее время при азотировании в тлеющем разряде (ионное азотирование), увеличивается в 1,5 раза скорость азотирования под влиянием ультразвука.

Антикоррозийное азотирование.

Для повышения сопротивления коррозии стальных деталей на поверхности необходимо получить беспористый, не травящийся, антикоррозийный слой фазы (0,01-0,03мм), который стоек в атмосфере, бензине, слабых щелочных растворах. Азотирование в этом случае проводят при t = 600-700°С, продолжительность процесса 0,5-1,5 часа. Оно тоже повышает твердость, предел прочности и выносливости. Однако при этом не предъявляются высокие требования к механическим свойствам, поэтому антикоррозийное азотирование проводится при более высокой температуре и на любых сталей, даже обычных углеродистых. В зависимости от условий протекания процесса различают газовое и жидкостное азотирование. Азотирование в жидких средах называют тенифер-процесс и проводится в расплавах 40% KNC + 60% NaCN,t = 550-570°С, t = 0,5-0,3 часа. При продувании сухого воздуха на поверхности образуется 7-15мкм слой карбонитридов Fе3(CN) с высоким сопротивлением износу. Преимущество метода незначительное изменение размеров, а недостаток: токсичность и высокая стоимость цианистых солей. Контроль качества азотирования осуществляется по твердости, по глубине слоя на образцах-свидетелях, внешним осмотром поверхности азотирования.

studfiles.net

Азотирование стали :: Книги по металлургии

ГАЗОВОЕ АЗОТИРОВАНИЕ СТАЛИ И ЧУГУНА

Азотированию можно подвергать любые стали перлитного, ферритного, аустенитного и карбидного классов. Когда требуется высокая твердость и износостойкость, применяют Сг—Mo—А1 сталь 38ХМЮА. В последние годы для изделий, упрочняемых азотированием, чаще используют конструкционные улучшаемые стали, не содержащие алюминия, например стали 40Х, 40ХФА, 18ХГТ, 20ХЗМВФ, 30ХЗМФ1, 38ХНМФА, 40ХГМ, 20ХЗВА, 20ХН2МФ, 18Х2Н4ВА и др.

Азотирование широко применяется для упрочнения коррозионностойких и жаропрочных сталей, мартенситностареющих сталей, а в последнее время и для улучшения режущих свойств инструментальных сталей (Р18, Р9, Х12М, Х12Ф1, Х6ВФ и др.).

§ 1. АЗОТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

Если главными требованиями, предъявляемыми к азотированному слою, являются высокие твердость и износостойкость, то применяют сталь 38ХМЮА.

Сталь38ХМЮА (0,35—0,42%С, 1,35—1,65%Сr, 0,15—0,25% Мо и 0,7—1,1 %А1) была разработана в Советском Союзе в начале 30-х годов [129]. Сталь широко используют для изготовления зубчатых колес, гильз цилиндров, червяков, шпинделей, втулок и других деталей, упрочняемых азотированием. Предварительную термическую обработку — закалку и отпуск проводят в заготовках, а для деталей малого сечения — в прутках (до 50 мм).. При проведении термической обработки стали 38ХМЮА необходимо учитывать, что она склонна к обезуглероживанию. Вследствие этого заготовки должны иметь достаточные припуски на обработку (2—3 мм), которые гарантировали бы полное удаление обезуглероженного слоя. Наличие обезуглероженного слоя недопустимо, так как он служит причиной «шелушения» азотированной поверхности. Закалку проводят с 930—950° С в воде (для крупных изделий) или масле. Температура отпуска должна на 50—100° С превышать максимальную температуру азотирования (обычно составляет 600—650° С). Для деталей малой жесткости перед окончательной механической обработкой проводят стабилизирующий отпуск в течение 3—10 ч при 550—600° С с последующим медленным охлаждением. Сталь 38ХМЮА обеспечивает наибольшую твердость азотированного слоя до HV1100—1200. В случае

азотирования стали 38ХМЮА при температурах ниже эвтекr-тоидной на поверхности диффузионного слоя (рис. 32) образуется ε-фаза, которая при охлаждении претерпевает распад с выделением легированной γ'-фазы (Fe, М)4 N. Непосредственно к слою сплошных нитридов, выявляемых под микроскопом в виде белого нетравящегося слоя, прилегает область, в которой рентгеновский анализ фиксирует трехфазное состояние. Одновременное присутствие ε- и α-фаз объясняется продвижением ε-фазы по границам зерен. Основная часть слоя, выявляемая в виде более сильно травящейся зоны, состоит из азотистой α-фазы, обедненной легирующими элементами, карбидов М3С, избыточной γ'-фазы [(Fe, М)]4 N и возможно сложного нитрида легирующих элементов с решеткой В1. Концентрация азота в α-фазе достигает 0,3—0,5%.

Температура и длительность азотирования влияют на толщину азотированного слоя (рис. 33, а) и твердость (рис. 33, б). Наивысшая твердость HV1100—1200 достигается при температуре азотирования 500— 520° С. С повышением температуры твердость сильно снижается и при 600° С составляет HV750—800. Высокая твердость на поверхности азотированного слоя достигается за короткиепромежутки времени (15—30 мин), но следует иметь в виду, что при испытании на приборе Виккерса даже при малой нагрузке (5 кгс) твердость при коротких выдержках оказывается пониженной. Это объясняется продавливанием алмазным индентером тонкого диффузионного слоя. При практическом проведении процесса азотирования очень короткие выдержки рекомендовать не следует, так как всегда необходимо распространение высокой твердости на некоторую толщину. Чем выше температура диффузии, тем меньше время азотирования для получения упрочненного слоя. Минимальная выдержка при 520° С должна быть 8—10 ч, при 550° С — 5—6 ч и при 600° С — 1—3 ч.

Изменение общей толщины слоя при данной температуре подчиняется параболическому закону.. Начальная скорость диффузии максимальна. Увеличение продолжительности более 90—100 ч практически не вызывает увеличения технической толщины слоя. Максимальная толщина слоя на стали. 38ХМЮА не превышает 1,0 мм. Толщина зоны сплошных нитридов при 520° С не превышает 0,02—0,025 мм, возрастая до 0,03—0,05 мм в случае азотирования при 600° С. Развитие зоны сплошных нитридов и особенно нитридной сетки нежелательно, так как это сопровождается хрупкостью слоя. Однако следует иметь в виду, что при повышении температуры азотирования до 560—600° С, несмотря на увеличение зоны ε-фазы, хрупкость снижается. Это объясняется уменьшением содержания азота в ε-фазе с 9,5—11,0% в случае азотирования при 500—520° С до 7—7,5% Ν2при 600° С за счет интенсивной диффузии его с поверхности в глубь матрицы при высоких температурах.

Характер изменения твердости по толщине азотированного слоя после насыщения азотом при различных температурах дан на рис. 34. Чем выше температура азотирования, тем менее резко падение твердости по толщине диффузионного слоя.

Результаты процесса азотирования (твердость и толщина слоя) мало зависят от предварительной термической обработки [66].

Как указывалось ранее, азотированный слой на стали 38ХМЮА обладает наиболее высокой износостойкостью после насыщения его азотом при температурах выше эвтектоидной [39]. В связи с этим для сокращения длительности процесса и повышения износостойкости изделия из стали 38ХМЮА нужно азотировать при 620° С. Однако этот процесс может быть рекомендован только для изделий простой формы, не склонных к деформациям и не работающих в условиях усталости. Достоинство азотированного слоя — сохранение высокой твердости при нагреве до высоких температур.

Эта особенность азотированного слоя расширяет область применения азотирования и дает хорошие результаты в борьбе с износом деталей, работающих при повышенных температурах. Твердость по толщине азотированного слоя с повышением температуры испытания уменьшается (рис. 35) [84]. Нагрев стали 38ХМЮА до 400° С хотя и сопровождается понижением твердости, но она еще сохраняется на достаточно высоком уровне — —HV600. Дальнейшее повышение температуры приводит к резкому падению твердости, что не позволяет использование азотированной стали 38ХМЮА при температурах выше 400—450° С.

Коэффициент трения азотированной стали снижается с, 0,7 при 20° С до 0,1 при 600° С; износ незначителен и составляетпри 560° С на стали 38ХМЮА 1,7 мг/м-см2. В результате азотирования значительно повышается задиростойкость как при комнатной, так ипри повышенных (400—500° С) температурах. Азотирование стали 38XMIOAпри условии удаления шлифованием с поверхности хрупкой ε-фазы значительно повышает кавитационную стойкость [129].

Для изготовления сильно нагруженных крупных деталей сталь 38ХМЮА не пригодна. Полная прокаливаемость этой стали достигается лишь при диаметре, не превышающем 50 мм. Кроме того, механические свойства стали 38ХМЮА сравнительно невысокие.

Наличие в стали 38ХМЮА алюминия усложняет технологию производства обработки и азотирования стали.

Сталям с высоким содержанием алюминия свойственны следующие дефекты металл ур гического характера: столбчатый излом, загрязненность неметаллическими включениями, образование мелких трещин и волосовин в прокате, развитие свищей в поковках и т. д.

При горячей механической обработке стали типа 38ХМЮА иногда проявляют склонность к перегреву, вызывающему снижение сопротивления хрупкому разрушению. Высокое качество азотированного слоя достигается в стали, не содержащей доэвтектоидного феррита. При термической обработке стали типа 38ХМЮА весьма чувствительны к изменению состава в пределах марки. В зависимости от соотношения между содержанием углерода, хрома, молибдена и алюминия сталь 38ХМЮА обладает либо недостаточной закаливаемостью и прокаливаемостью, либо проявляет склонность к образованию трещин при закалке в воде. Обусловленные повышенным критическим интервалом высокие температуры нагрева (950—975° С) при термической обработке вызывают интенсивное обезуглероживание, а как следствие этого — увеличение припусков, удаляемых при обработке резанием. Азотированный слой на стали 38ХМЮА, содержащей алюминий на верхнем пределе, обладает большой хрупкостью.

После шлифования и хонингования на азотированной поверхности стали 38ХМЮА нередко можно наблюдать точечное выкрашивание слоя («сыпь») на глубину до 0,05 мм. Чаще «сыпь» образуется по грубой нитридной сетке, которая возникает, если сталь имеет крупное зерно (см. рис. 32). Понижение температуры закалки с 950 до 900° С уменьшает склонность к образованию «сыпи», шлифовочным трещинам и сколу слоя. Чем меньше твердость и содержание азота в диффузионном слое, тем выше сопротивление его хрупкому разрушению.

Высокочастотный нагрев, приводящий к образованию мелкого зерна (8—12 баллов), устраняет «сыпь» на шлифованной поверхности. Образование сыпи связывают с остаточными напряжениями в азотированном слое. Чем меньше сжимающие напряжения (меньше сечение и твердость сердцевины, выше температура азотирования и т. д.), тем меньше вероятность образования «сыпи».

Изделия из стали 38ХМЮА в процессе азотирования обнаруживают большую склонность к деформациям.

В тех случаях, когда изделия подлежат финишной механической обработке после азотирования, может быть выгодным получить диффузионный слой с несколько пониженной твердостью на поверхности, но более плавно спадающей по его толщине твердостью.

Таким преимуществом обладает, например, сталь 38ХВФЮА (0,35—0,42% С, 1,5—1,8% Сr, 0,2—0,4% W), содержащая пониженное количество алюминия (0,4—0,7% А1). Твердость этой стали HV900—950. Азотированный слой на стали 38ХВФЮА нехрупок.

Для изготовления деталей, допускающих меньшую твердость упрочненных поверхностей, широко применяют азотируемые стали, не содержащие алюминия. Стали без алюминия технологичнее, имеют более высокие механические свойства, чем сталь 38ХМЮА, но пониженную твердость азотированного слоя HV650—900. Азотированный слой на сталях без алюминия. имеет высокую износостойкость и сопротивление хрупкому разрушению. Снижение хрупкости азотированного слоя позволяет применять азотирование при изготовлении деталей, имеющих острые кромки и вырезы, а также нешлифуемых деталей. Так, например, в станкостроении для шпинделей, опор качения и ходовых винтов используют стали 40Х, 40ХФА, 18ХГТ, а для гильз, накладных направляющих планок, ходовых винтов пар качения — стали 40ХФА, 20ХЗВА, 20ХЗМВФ.

markmet.ru

Азотирование стали

NН3→N + 3Н.

Нитроцементация

В последние годы получил применение процесс низкотемпературной нитроцементации.

studfiles.net

Азотирование стали

1. более высокая поверхностная твердость, которая сохраняется при нагреве до высоких температур (600-650°С ), тогда как твердость цементованного слоя с мартенситной структурой сохраняется только до 200-250 °С ;

2. большая устойчивость против износа, действия знакопеременных нагрузок;

3. сопротивление коррозии в атмосфере, в воде, паре;

4. меньшая деформация и коробление;

5. не требует последующей термической обработки;

Недостатком азотирования является значительно большая продолжительность процесса, т.к. оно проводится в основном для легированных сталей и при более низких температурах по сравнению с цементацией. Азотирование широко применяется для шестерен, цилиндров мощных двигателей, многих деталей станков, втулок насосов и др. Азотирование чаще всего проводят в атмосфере аммиака Nh5, который при повышенных температурах диссоциирует

2 Nh4→ 2N (атом) + 6Н

с образованием активных атомов азота. Атомы азота адсорбируются поверхностью стали диффундируют в глубь, образуя железистоазотистые фазы.

В системе Fe - N возможно образование следующих фаз:

→- азотистый феррит 0,42 %N при 590° и 0.01%N при 20° ;

→- азотистый аустенит существует при t > 590 ° ;

→ - нитрид Fe4 N, содержащий 5,7%N;

→ - нитрид Fe2 N, содержащий от 8,1 до 11,1% N.

Основные цели азотирования:

1. повышение твердости, износостойкости поверхности;

2. повышение усталостной прочности;

3. повышение сопротивления коррозии.

Упрочняющее азотирование.

При низких температурах азотирования в твердом растворе образуется сегрегация азота, при более высокой температуре дисперсные нитриды. Наиболее сильно упрочняют при азотировании нитриды A1, Сг, Мо, V (рис.81а). Упрочняющему азотированию подвергают сталь со средним содержанием углерода 0,25-0,4% С. Наибольшее упрочнение вызывает азотирование сталей, легированных Сг, A1, Ti, Мо, и др.

Технологический процесс изготовления детали из стали типа нитралой предусматривает:

2.Механическую обработку деталей, вплоть до шлифования;

4. Азотирование при t = 500-520°С, время выдержки для получения ? = 0,3-0.6мм от 24 до 90 часов;

5. Окончательное шлифование.

studfiles.net

9.3.Азотирование стали.

1. Более высокая поверхностная твердость, которая сохраняется при нагреве до высоких температур (600-650°С ), тогда как твердость цементованного слоя с мартенситной структурой сохраняется только до 200-250 °С ;

2. Большая устойчивость против износа, действия знакопеременных нагрузок;

3. Сопротивление коррозии в атмосфере, в воде, паре;

4. Меньшая деформация и коробление;

5. Не требует последующей термической обработки;

2 Nh4—> 2N (атом) + 6Н

с образованием активных атомов азота. Атомы азота адсорбируются поверхностью стали диффундируют вглубь, образуя железистоазотистые фазы.

В системе Fe - N возможно образование следующих фаз:

α- азотистый феррит 0,42 %N при 590° и 0,01%N при 20° ;

γ- азотистый аустенит существует при t > 590 ° ;

γ‘ - нитрид Fe4 N, содержащий 5,7%N;

ε - нитрид Fe2 N, содержащий от 8,1 до 11,1% N.

Основные цели азотирования:

повышение твердости, износостойкости поверхности;
повышение усталостной прочности;

Упрочняющее азотирование.

Технологический процесс изготовления детали из стали типа нитралой предусматривает:

2.Механическую обработку деталей, вплоть до шлифования;

4. Азотирование при t = 500-520°С, время выдержки для получения δ = 0,3-0.6мм от 24 до 90 часов;

5. Окончательное шлифование.

Антикоррозийное азотирование.

studfiles.net