Сравнительная оценка процессов азотирования и цементации

Азотирование стали

Азотирование - процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя детали азотом.

Азотированию подвергают готовые изделия, прошедшие механическую и окончательную термическую обработку (закалку с высоким отпуском).

Процесс азотирования заключается в нагреве детали до температуры 500 – 600 °С в среде аммиака. При разложении аммиака, протекающего по реакции NH₃ → 3H + N, образуется атомарный азот, который диффундирует в поверхностный слой детали, где взаимодействует с железом и легирующими элементами с образованием нитридов.

Глубина азотируемого слоя увеличивается при увеличении температуры и времени азотирования.

Рассмотрим цели азотирования.

1. Повышение твердости и износостойкости поверхностного слоя детали. Для этой цели применяют специальные легированные стали (нитроллои) - 35ХМЮА, 38Х2МЮА, 35ХМА и др, содержащие Сr, Mo и Al. Эти элементы при взаимодействии с азотом образуют нитриды, имеющие высокую твердость.

2. Увеличение усталостной прочности (выносливости) деталей из хромоникелевых конструкционных сталей (40Х, 50Х, 40ХН, 50ХН, 40ХНМА и др.). Увеличение усталостной прочности происходит по следующему механизму: внедрение азота приводит к увеличению объема металла в поверхностном слое детали, и возникновению в нем сжимающих напряжений, препятствующих разрушению материала под действием циклических нагрузок.

3. Увеличение коррозионной стойкости (декоративное азотирование) углеродистых сталей. Увеличение коррозионной стойкости происходит за счет образования на поверхности детали нитрида железа Fe₂N, обладающего высокой химической устойчивостью. Процесс проводится при t = 600 – 700 °C, время процесса – 30 – 60 мин.

Азотирование применяют в машиностроении для изготовления измерительного инструмента, зубчатых колес, втулок, коленчатых валов и других деталей.

1. Азотирование не вызывает деформации детали и поэтому не требует дополнительной обработки поверхности. Цементация вызывает деформацию детали. Поэтому после цементации проводят шлифование для снятия поверхностного слоя толщиной 0,1 – 0,2 мм.

2. Азотирование обеспечивает более высокую поверхностную твердость детали (HV 1200) по сравнению с процессом цементации (HV 900).

3. Толщина азотированного слоя (0,3 – 0,5 мм) меньше, чем толщина слоя, полученного цементацией (1,5 – 2 мм). Поэтому азотируемые детали выдерживают меньшие нагрузки, чем детали, подвергнутые цементации.

4. Время азотирования (~ 60 час) больше времени цементации (~ 10 час).

5. Для азотирования применяют дорогие легированные стали, для цементации – дешевые углеродистые.

6. Стоимость деталей, упрочненных азотированием выше стоимости деталей, упрочненных цементацией.

Дата добавления: 2017-01-13