Азотирование стали

Рис. 96. Диаграмма состояния сплавов системы Fe - N

Азотирование - это процесс насыщения поверхностного слоя азотом при нагреве стали в атмосфере аммиака. При азотировании резко повышается температурная ус­тойчивость к сохранению твердости поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивле­ние коррозии. Твердость азотированного слоя выше, чем цементованного, причем сохраняется она до более высо­ких температур (600…650 °С), в то время как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структу­ру, сохраняется только до 200…225 °С.

При азотировании образуется несколько фаз (рис. 96): твердый раствор азота в a - железе (a - фаза); g¢ - фаза - твердый раствор на основе нитрида железа Fe₄N (5,7…6,1 % N); e - фаза - твердый раствор азота в нит­риде железа Fe_2,3N (8,15…11,2 % N). При концентрации азота 11,35 % и температуре 450 °С возможно образова­ние x - фазы - Fe₂N.

В области повышенных температур (выше 591 °С) существует твердый раствор азота в g - железе. Ниже 591 °С происходит эвтектоидный распад g - фазы на a - и g¢ - фазы с образованием азотистого перлита. Скорость азотирования, по-видимому, определяется интенсивно­стью образования атомарного азота по реакции NH₃ ® N + 3H.

Азотирование проводят при температурах как выше эвтектоидной температуры (591 °С), так и ниже. Если азотируют при темпе­ратуре ниже эвтектоидной, то сначала при насыщении на поверхности образуется a - фаза, затем появляется g¢ - фаза, а при еще большем насыщении азотом - e - фаза. Последовательность распо­ложения фаз в поверхност­ном слое следующая: e ® g¢ ® a.

Если же насыщение азотом проводят при темпе­ратуре выше эвтектоидной, то образуются фазы в после­довательности: a, g, g¢ и e. При охлаждении после азо­тирования g - фаза претерпе­вает эвтектоидный распад.

Рис. 89. Влияние температуры про­цесса на твердость азотированного слоя:

1 - нитраллой 38ХМЮА; 2 - леги­рованные конструкционные стали (40Х; 30ХМА; 18ХНВА и др.);

3 - углеродистые стали (30, 40, 45 и др.)

Обычно азотированию подвергают среднеуглеродистые легированные стали, ко­торые в результате азотирования приобретают высокую твердость и износостойкость, потому, что в них образуют­ся нитриды специальных элементов. Если же азотировать обычные углеродистые стали (например, Ст3, 40 и др.), то в результате азотирования твердость их невелика (рис. 97).

Дата добавления: 2014-01-05