Металлообработка является крайне сложным и требовательным процессом, который должен выполняться с учетом всех технологических требований. Непосредственно азотирование металлов представляет собой процедуру насыщения поверхностного слоя материала азотом. Обработка химическим веществом позволяет увеличить общую прочность, устойчивость к износу и сопротивление коррозии. Как правило, обработке подлежат детали и узлы, которые предназначены для работы в условиях повышенной механической нагрузки. При этом полученная твердость может сохраняться даже при нагреве деталей до 450-500 градусов.

 

Чем повышают твердость металлов?

Для повышения прочности металлов используется диссоциированный аммиак NH8 в концентрации 25-60 %. При обработке материалов на их поверхности образуется диссоциация NH3 и ионы азота, которые проникают в структуру металла. С целью получения уникальных характеристик прочности и устойчивости к износу могут применяться разные материалы. К примеру, чтобы получить максимально твердое и износостойкое покрытие в промышленности применяется сталь 38Х2МЮА. В составе металла присутствует углерод (0,35-0,42 %), алюминий (0,7-1,1 %), хром (1,35-1,65 %), молибден (0,15-0,25 %) и никель (0,3 %). Наличие в структуре достаточного количества хрома, алюминия и молибдена способствует увеличению прочности защитного слоя при азотировании до 1200 HV. При этом молибден исключает появление хрупкости при отпуске.

азотирование металлов

 

Технологический процесс повышения твердости

При азотировании металла проводится достаточно большое количество вспомогательных операций, которые направлены на предварительную подготовку, обработку и защиту деталей. Также технология подразумевает наличие специального оборудования на производстве. Все процессы должны выполняться в соответствии с требованиями безопасности. Следует выделить несколько основных этапов металлообработки:

  • термическая обработка деталей — процедура проводится предварительно с целью получения твердости, которая будет подходить для механической обработки металла. В ходе данной операции заготовка подвергается закалке и высокому отпуску, что позволяет увеличить вязкость и прочность в основе обрабатываемых изделий. Как правило, отпуск возможен при температуре не менее 600-675 градусов. Температура превышает показатели, которые образуются во время последующего азотирования. Проведение термической обработки позволяет получить сорбит;
    • механическая обработка заготовки — во время механической обработки конкретная деталь приобретает окончательные размеры и форму. На практике заготовка подвергается резке, шлифованию и фрезеровке;
    • дополнительная защита оловом — участки без укрепления азотированием подвергаются обработке оловом. Тонкий слой металла (порядка 0,01-0,015 мм) наносится при помощи электролитического метода. Также возможно нанесение жидкого стекла. Технология подразумевает расплавление олова до момента образования плотной пленки, которая защищает структуру металла от азота;
    • проведение процедуры азотирования;
    • конечная механическая обработка детали.

В конечном итоге можно получить изделия высокой прочности, которые будут соответствовать всем допускам и техническим стандартам. На основе данной технологии изготавливаются комплектующие для промышленного оборудования, автомобилей и спецтехники.

 

азотирование металлических деталей

 

Тонкостенные детали. Особенности азотирования

Азотирование тонкостенных деталей выполняется при температуре 500-520 градусов. Чаще всего для проведения процедуры подбирается сталь 38Х2МЮА. При этом время азотирования зависит от требуемого слоя защиты. Чем дольше металл подвергается воздействию химических веществ, тем толще будет твердый слой. Технологически рекомендуется получение толщины защиты в пределах 0,3-0,6 мм. При воздействии температуры 500-520 °С необходимая прочность наступит через 24-60 часов. Для ускорения процедуры азотирование выполняется в два этапа: при температуре 500-520 градусов и 540-560 °С.

 

Как меняются свойства металлов?

Азотирование оказывает минимальное влияние на форму и размеры обрабатываемых деталей. При этом возможно увеличение толщины и объема лишь за счет образования защитного слоя. К примеру, стали без содержания алюминия подвергаются азотированию при температуре около 570 °С. На протяжении 6 или 10 часов можно добиться образования твердого слоя 0,4 мм, а также общей твердости 800 HV. После основной процедуры детали подвергаются охлаждению при 200 °С в аммиаке, что позволяет исключить образования окисления.

Также возможно проведение азотирования при 570 °С на протяжении 5-10 часов в среде аммиак+эндогаз (50 на 50) или метан+аммиак (50 на 50). В ходе такой обработки образуется карбонитридный слой. В таком случае твердость защитного слоя на сталях легированного типа достигает до 1100 HV. При помощи такой обработки можно значительно повысить предел выносливости металлических деталей.