HomeОбработка сталиХимико-термическая › Азотирование стали

Азотирование стали

Азотирование сталиПосле твердого и газового цементирования железа углеродом следовало бы остановиться на жидком цементировании, производимом в расплавленных (жидких) солях. Однако эти соли обычно берутся цианистые, содержание С и N, и производят не только науглероживание, но и насыщение азотом, т. е. азотирование стали. Поэтому последний процесс рассмотрим сперва в чистом виде.

 

Процесс азотирования основывается на выделении активного азота при диссоциации аммиака по реакции: 2NH3 = 2N + ЗН2.

Наиболее благоприятной температурой для этой диссоциации, и диффузии азота является область температур 500-650°, при которых и осуществляется процесс азотирования.

 

При этом и здесь по мере повышения температуры и увеличения времени выдержки глубина диффузии увеличивается. Однако степень насыщения азотом и связанная с нею твердость не находится в простой зависимости, а природа образующихся фаз не вполне уточнена.

 

Чистое железо образует с азотом диаграмму состояний. Согласно этой диаграмме, в системе сначала получается твердый раствор (Fea-N, азотистый феррит) с небольшим пределом насыщения, уменьшающимся при охлаждении (от 0,42 до 0,015% N). Далее образуются нитриды Fe4N (5,9% N) и Fe^N (11,2% N) и твердые растворы на их основе ц\’ и е.

Подобно аустениту здесь имеется -(-твердый раствор (N в FeT), распадающийся при 59Г в эвтектоид (а + ¦(\’), которому, как и перлиту, дано особое название б р а у-н и т. Таким образом, подобно Fe-С системе, здесь должны были бы получиться при диффузии азота структуры, включающие в себя твердые нитриды, которые могли бы объяснить повышение твердости при азотировании.

 

Но в практике при азотировании чистого железа и простой стали не достигается должного эффекта, и, только применяя легированные стали, получается надлежащая твердость азотированной стали. Это объясняют непрочностью простых нитридов железа, что заставляет отказаться от трактовки степени азотирования на основании двойной диаграммы Fe-N, и приписывать высокую твердость наличию прочных и твердых нитридов специальных элементов, как высокодисперсном состоянии.

 

Таким образом, воздействие активного азота на железо происходит во всех случаях, и, как дальше увидим, оно весьма действительно в процессе цианирования, но в практике простого азотирования применяются исключительно легированные стали, содержащие обычно несколько из указанных нитрид-образующих элементов в количестве не более 1,5-2%. Такие стали, предназначенные для азотирования, получили специальное название нитралоев. Главным элементом в них является А1, дающий наиболее твердый и прочный нитрид.

 

Однако присутствие А1 иногда приводит к ряду дефектов и к повышенной хрупкости слоя, вследствие чего в последнее время стремятся применять марки легированной стали со сниженным содержанием алюминия или совсем без него.

 

Проведение процесса и результаты. Для выполнения азотирования нужно иметь специальную установку (как при газовом цементировании), т. е. камеру-печь, в которую загружаются азотируемые изделия и впускается аммиак. Только здесь температура нагрева ниже, чем при газовом цементировании, и получение газа (NH3) не представляет затруднений, так как он может быть взят просто из продажных баллонов.

 

Таким образом, установка здесь проще, чем при газовом цементировании. Изделия из нитралоев до азотирования подвергаются термической обработке: улучшению на сорбит-отпуска. Продолжительность выдержки в камере при азотировании вообще велика и достигает нескольких десятков часов.

 

В этом главнейший недостаток процесса. Для ускорения процесса прибегают к комбинированным нагревам: сначала пропускают аммиак при 500-520° (10-12 час), получая при этом резко концентрированный, но неглубокий азотированный слой нитридов, от которого затем при нагреве до 600° диффузия протекает быстрее, чем при нагреве сразу до 600°.

Попытка ускорить процесс добавкой катализаторов (анилина и пр.) существенных результатов пока не дали.

 

Большим неудобством обработки является также неприменимость ее к простым сталям. Но все же азотирование обладает рядом существенных преимуществ даже по сравнению с газовым цементированием:

1) обработка производится при сравнительно низких температурах (500-600°) и не требует последующей закалки со всеми сопряженными с нею опасностями;

 

2) твердость поверхности получается весьма высокой, значительно превосходящей твердость закаленной стали (порядка 1100- 1200 по Виккерсу); но вместе с тем азотированный слой получается иногда хрупким;

 

3) отмечается также повышенное сопротивление износу и повторно-переменным нагрузкам (усталости).

 

Благодаря указанным достоинствам азотирование получило широкое применение.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.