Современные технологии: азотирование стали
Азотирование — процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом. Азотирование впервые было предложено русским ученым проф. Н. П. Чижевским (1913 г.).
Азотирование проводится при нагреве деталей в атмосфере аммиака (NH3) при температуре 500—700° С. Целью азотирования является получение поверхности деталей высокой твердости и износостойкости или устойчивости против коррозии (антикоррозионное азотирование).
Для азотирования детали нагревают в специальной герметически закрытой печи, через которую пропускают аммиак (NH3). При нагревании аммиак разлагается по реакции:
NH3^N + 3H
Образующийся атомарный азот (N) поглощается поверхностью стали и проникает в глубь детали. Если главным требованием, предъявляемым к азотированному слою, является высокая твердость и износостойкость, то применяют сталь, содержащую алюминий. Наиболее распространенной маркой стали является сталь 38ХМЮА. Эта сталь, кроме железа и углерода (0,35— 0,42%), содержит хром (1,35—1,65%), молибден (0,15—0,25%), алюминий (0,7—1,1%). При азотировании такой стали азот в поверхностном слое образует химические соединения, называемые нитридами (нитриды: железа Fe2N, хрома CrN, молибдена MoN, алюминия A1N). Нитриды придают поверхностному слою стали очень высокую твердость (до 1200 HV).
Азотирование длится очень долго — до 90 чу что является его основным недостатком. Глубина азотированного слоя получается обычно 0,3—0,6 мм. Микроструктура азотированной специальной стали приведена на рис. 155. На поверхности образуется белый нетра-вящийся слой нитридов, а глубже — сорбитообразная структура. Твердость и глубина азотированного слоя зависят от температуры. Чем выше температура азотирования, тем глубже слой, но меньше твердость.
Если азотированию должна подвергаться не вся поверхность детали, а только некоторые ее части, то места, не подлежащие азотированию, предохраняются от проникновения в них азота покрытием тонким (0,01—0,015 мм) слоем олова.
Общий технологический процесс азотирования состоит из следующих операций (рис. 156): предварительная токарная обработка; улучшение (закалка и высокотемпературный отпуск); чистовая обработка; азотирование; окончательное шлифование.
Азотирование проводят по одноступенчатому режиму при температуре 500—520° С с выдержкой до 90 ч или по двухступенчатому режиму—при 500—520° С (15—20 ч) и при 550—570° С (20—25 ч).
Антикоррозионному (декоративному) азотированию подвергают любые стали, в том числе и простые углеродистые, при температуре 600— 700° С, с выдержкой 0,5—1 ч.