Упрочнение деталей представляет собой достаточно сложную процедуру, которая требует соблюдения технологии и правильной последовательности обработки. Непосредственно азотирование стали подразумевает собой диффузное насыщение наружной структуры металла при помощи азота. Подобной обработке подвергаются детали, которые работают в режиме критических температур около 400 °С и подвергаются сильному износу.

 

Особенности проведения азотирования

При помощи азотирования можно существенно увеличить твердость и прочность внешнего слоя детали, что положительно сказывается на устойчивости к механическому износу. При этом за счет химической обработки увеличивается коррозийная стойкость. Детали приобретают возможность работы в воде и неблагоприятной среде. Азотирование позволяет получить значительно больший запас твердости, чем при обычном цементировании стали. Эффект сохраняется даже при нагреве до 550 °С.

При азотировании стали детали предварительно подвергаются улучшению. Ведь после химической процедуры отсутствует какой-либо смысл в термической модернизации. В редких случаях детали подвергают шлифовке и полировке. Однако последующая механическая обработка может стать причиной появления коробления. Азотирование деталей из стали проводится в температурном пределе 500-620 °С в аммиаке, который при сильном нагреве способен диссоциировать: NН3→N + 3Н.

В ходе азотирования структура металла преобразуется в разные фазы:

  • α-фаза — раствор повышенной твердости (азотистый феррит) Feα;
    • γ-фаза — раствор твердого типа в азоте с образованием азотистого аустенита Feγ;
    • γ’-фаза — растворы с твердым составом с нитридом железа Fe4N;
    • ε-фаза — промежуточная Fe2-3N, с твердым раствором в составе нитрида железа.

Конечное формирование структуры металла зависит от самого сплава, температуры обработки и скорости охлаждения. К примеру, при азотировании стали диффузионный слой может иметь 3 фазы. Характеристики металла зависят от особенностей процедуры химической или термической обработки.

 

азотирование металлических деталей

 

Марка стали для азотирования

В теории азотированию подвергаются чугуны и стали всех марок. Однако в реальности промышленность не использует некоторые металлы по причине малой прочности. К примеру, обработка обычного железа азотированием позволяет добиться твердости всего 340 HV. На практике применяются стали легированные молибденом, ванадием, алюминием и хромом. Такие металлы способствуют образованию нитридов MN и M2N, которые повышают твердость и устойчивость к износу. Среди основных представителей можно выделить сталь 38Х2МЮА. Металл избавлен от хрупкости, которая возникает при отпуске. При этом материал характеризуется высокой прочностью, твердостью и устойчивостью к износу, что делает его популярным при изготовлении разных деталей.

 

Технологический процесс упрочнения

Детали из стали подвергаются азотированию при температуре около 500-520 градусов. На протяжении 24-60 часов общая производительность азотирования составит порядка 0,3-0,6 мм. В современной промышленности можно ускорить выполнение процесса. Для этого применяется двухступенчатое азотирование:

  • предварительно при 500-520 °С;
    • последующая обработка при 540-560 °С.

Применение подобной технологии позволяет сохранить общую твердость и прочность нового защитного слоя. Также сократить время обработки может ионное азотирование. Технология воздействия на металл тлеющего разряда позволяет уменьшить время техпроцесса в 2-4 раза. В конечном итоге можно получить слой 0,01-0,03 мм, который будет хорошо защищать металлы в виде углеродистых сталей (0,1-1,0 % углерода) от воздействия окисления и коррозии.