Технология азотирования

В зависимости от необходимых свойств различают:

1. Азотирование твердосное;

2. Азотирование антикоррозионное

Твердосное азотирование проводят при Т=500 – 620^оС. Основными фазами, повышающими твердость, является азотистый a-твердый раствор и g¢-фаза;e-фаза имеет низкую твердость., но обладает высокими антикоррозионными свойствами, получение именно этой фазы является целью антикоррозионного азотирования.

При твердосном азотировании температуры не превышают точки А₁ для стали, т.е матрица не притерпевает никаких фазовых превращений. По этому азотированию подвергают полностью изготовленные изделия, прошедшие механическую и термическую обработку. ТО – это улучшение (температура высокого отпуска для азотированных сталей 600 – 650^оС).

Твердосное азотирование проводят либо одноступенчато, либо двухступенчато.

При одноступенчатом азотировании Т=540 – 560^оС, время насыщения. Время насыщения 36 – 60 часов. Толщина полученного слоя 0,5 – 0,8 мм. Твердость поверхности: 950 – 1050 HV.

Для ускорения процесса, используют двухступенчатое азотирование.

Первая ступень: Проходит азотирование при Т=500 – 520^оС в течении 18 – 20 часов. За это время на поверхности образуется очень твердый слой, но с высоким содержание Азота.

Вторая ступень: Т=560 – 570^оС или Т=600 – 620^оС. Время выдержки 20 – 24 часа. Толщина слоя 0,5 – 0,8 мм, а твердость 850 – 1100 HV.

Охлаждаем до 200^оС в NH₃.

Антикоррозионное азотирование проводят при Т=600 – 700^оС от 30 мин. до 6 часов. Этому азотированию подвергают любые стали.

На поверхности должна образоваться тонкая пленка e-фазы.

Иногда антикоррозионное азотирование проводят приТ=770 – 850^оС – это температура закалки, а потом закаляют в масле или воде. Под слоем e-фазы получается азотистый Водород, который имеет обычную твердость 700 – 900 HV. В таком сочетании структур e-фаза хорошо работает на износ и сохраняет свои антикоррозионные свойства.

При азотировании повышается усталостная прочность (так как формируются сжимающие напряжения в поверхности).. Кроме того, азотирование делает не чувствительными изделия к поверхностным концентраторам напряжения.

Ионное азотирование (азотирование в тлеющем разряде)

Преимущества: интенсификация процесса азотирования.

Азотирование проводят в смеси NH₃ и N₂ при пониженном давлении. Изделие является катодом. При появлении текущего разряда, насыщающая смесь ионизируется. При этом N₂ дает положительный ион и NH₃ дает положительный ион NH⁺ b N⁺/

В рабочем пространстве присутствует электрическое статистическое поле. Поток ионов направленный к поверхности насыщаемой детали. Под действием бомбардировки, выбиваются атомы Fe, и с положительными ионами образуют высокоазотистый нитрид FeN.

Fe®e®g¢®a®Fe

Поверхность адсорбирует высокоазотистый нитрид FeN, который имеет до 16% N. Под действием бомбардирующих ионов, нитрид распадается, и превращается в фазу с немного меньшем содержанием N.N диффундирует в поверхность, а высвободившийся атом Fe опять образовывает нитрид FeN.

Время азотирования сокращается. Кроме того, имеются другие достоинства:

1) Не такова опасность загрязнений на поверхности;

2) Бомбардировка поверхности нейтрализирует поверхность и снимает нейтрализирующие пленки;

3) Есть возможность регулировать состав слоя;

Обычно слой состоит из e и g¢до 30мкм и a-твердого раствора. a-твердый раствор – это пластины. Соответственно такой слой легко воспринимает динамические нагрузки.

Цианирование (Нитроцементация)

Нитроцементация – это одновременное насыщение поверхности изделия N и С. Цель нитроцементации: повышение твердости и износостойкости поверхности. Температура нитроцементации 520 -950^оС.

В зависимости от температуры различают:

· Высокотемпературную -

· Среднетемпературную -

· Низкотемпературную цементацию

Температура нитроцементации влияет на состав нитроцементованого слоя.

Схема распределения элементов в слое в зависимости от температуры насыщения.

С повышением температуры, содержание N в слое падает, а содержание С до определенного момента увеличивается. Соответственно, для одновременного насыщения и N,и С оптимальным является интервали820 – 860^оС – среднетемпературная нитроцементация.

При более низких температурах протекает преимущественно азотирование -основной элемент N, при температурах, выше заданного интервала – основной насыщающий элемент С.

При нитроцементации после медленного охлаждения, слой состоит из карбонитридов на основе g¢-фазы и e-фазы, под которой находится зона П, переходящая в Ф-П зону.

После среднетемпературной нитроцементации обязательно проходит закалка. После закалки структура – М, под ней - М-Т зона. После закалки надо проводить низкий отпуск. Ц в этом случае растворят в себе N, соответственно, М также содержит N. Общая твердость слоя повышается. Кроме того, в присутствии N, диффузионная подвижность С растет. Процесс насыщения протекает интенсивней. Температура насыщения также ниже, чем при цементации, и ниже коробление и образование трещин. Содержание N в данном случае (при такой нитроцементации) не превышает 0,3%.

Высокотемпературная нитроцементация проводится при900 – 950^оС. Основной насыщающий элемент С. Толщина слоя достигает 1 – 2 мм. Выигрыш в данном случае только во времени.

Низкотемпературная нитроцементация. Преимущественное насыщение N. Слой состоит из тонких прослоек g¢+e фазы на поверхности, под которыми располагается a-твердый раствор N в Fe. Содержание С в таком случае минимально.

Такой способ насыщения - мягкое азотирование. Его температура 600 – 700^оС. Для легированных сталей низкотемпературную нитроцементацию проводят в интервале Т =520 – 560^оС. Выше нельзя, так как падает твердость, прочностные характеристики. Поверхностный слой содержит нитриды Fe и нитриды легирующих элементов. Для быстрорежущих сталей может быть получена твердость 4 – 8 ГПа.

Технологически нитроцементацию осуществляют газовым либо жидкостным методом. При газовой нитроцементации используют смесь науглероженного газа и аммиака; при жидкостном цианировании используют ванны, состоящие с расплавов цианистых солей KCN, NaCN, и нейтральных добавок (которые должны понижать температуру плавления). Насыщение в жидкой среде происходит быстрее, чем в газовой фазе.

Недостаток ванн: испарение и большой расход.

К насыщению неметаллическими элементами относится Силицирование.

Силицирование применяют для повышения жаростойкости и кислотостойкости. Также повышается твердость и износостойкость поверхности. Силицидный слой состоит из a-твердой раствора Si и Fe. В некоторых случаях на поверхности пытаются получить Fe₃Si. Под этим слоем повышенное содержание С, так кА в процессе диффундирования во внутрь Si оттесняет С из слоя. Кремнистый слой имеет повышенную коррозионною стойкость. Изделие проваривают в масле, после чего износостойкость повышается. Основное достоинство – жаростойкость стали. Она гарантирована до 800^оС Чаще всего силицирует Mo или W.

Дата добавления: 2015-03-29