Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Образование 30 марта 2017

Технологии азотирования основываются на изменении структуры поверхности металлического изделия.

Данный комплекс операций требуется с целью наделения целевого объекта защитными характеристиками.

Впрочем, не только физические качества повышает азотирование стали в домашних условиях, где нет возможностей для более радикальных мер наделения заготовки улучшенными характеристиками.

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Общие сведения о технологии азотирования

Необходимость применения азотирования обуславливается поддержанием характеристик, позволяющих наделять изделия высококачественными свойствами. Основная доля техник азотирования выполняется в соответствии с требованиями к термическим способам обработки деталей.

В частности, распространена технология шлифования, благодаря которой специалисты могут точнее корректировать параметры металла. Кроме этого, допускается защита участков, которые не подлежат азотированию. В данном случае может применяться покрытие тонкими слоями олова посредством гальванической методики.

По сравнению с более глубокими методами структурного улучшения характеристик металла, азотирование – это насыщение поверхностного слоя стали, которое в меньшей степени влияет на структуру заготовок.

То есть основные качества металлических элементов, связанные с внутренними характеристиками, не учитываются при азотированных улучшениях.

Разновидности методов азотирования

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Подходы к азотированию могут различаться. Обычно выделяют два основных метода в зависимости от условий азотирования металла. Это могут быть методы повышения поверхностной износостойкости и твердости, а также улучшение коррозионной стойкости. Первый вариант отличается тем, что изменение структуры производится на фоне температуры, составляющей порядка 500 °C. Сокращение азотирования обычно достигается при ионной обработке, когда посредством анодов и катодов реализуется возбуждение тлеющего разряда. При втором варианте производится легированное азотирование стали. Технология данного типа предусматривает температурную обработку при 600-700 °C с продолжительностью процесса до 10 часов. В таких случаях обработка может сочетаться с механическим воздействием и термической доводкой материалов, в соответствии с точными требованиями, к результату.

Воздействие с ионами плазмы

Это метод насыщения металлов в азотсодержащем вакууме, в котором возбуждаются электрические тлеющие заряды. В качестве анодов могут служить стенки нагревательной камеры, а катодом выступают непосредственно обрабатываемые заготовки.

С целью упрощения контроля слоевой структуры допускается коррекция технологического процесса. Например, могут изменяться характеристики плотности тока, степень разряжения, расход азота, уровни добавления чистого технологического газа и т. д.

В некоторых модификациях плазменное азотирование стали предусматривает и подключение аргона, метана и водорода. Отчасти это позволяет оптимизировать внешние характеристики стали, но технические изменения все же отличаются от полноценного легирования.

Главная разница заключается в том, что глубинные структурные изменения и коррекции производятся не только по внешним покрытиям и оболочкам изделия. Ионная обработка может затрагивать полную деформацию структуры.

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Газовое азотирование

Данная методика насыщения металлических изделий производится при температурном уровне порядка 400 °C. Но есть также исключения. Например, тугоплавкие и аустенитные стали предусматривают более высокий уровень нагрева — до 1200 °C.

В качестве основной среды насыщения выступает диссоциированный аммиак. Управлять параметрами структурной деформации можно посредством процедуры газового азотирования, которая предполагает разные форматы обработки.

Наиболее популярными режимами считаются двух-, трехступенчатые форматы, а также комбинация диссоциированного аммиака. Реже применяются режимы, которые предусматривают задействование воздуха и водорода.

Среди контрольных параметров, которые определяют азотирование стали по качественным характеристикам, можно выделить уровень расхода аммиака, температуру, степень диссоциации, расход вспомогательных технологических газов и т. д.

Обработка растворами из электролитов

Как правило, используется технология применения анодного нагрева. По сути, это разновидность электрохимикотермической скоростной переработки стальных материалов. В основе данного метода лежит принцип использования импульсного электрического заряда, который проходит вдоль поверхности заготовки, размещенной в электролитной среде.

За счет комбинированного воздействия зарядов электричества на поверхность металла и химической среды достигается и эффект полировки. При такой обработке целевая деталь может рассматриваться в качестве анода с подводкой положительного потенциала от электрического тока. В то же время объем катода должен составлять не меньше объема анода.

Здесь надо отметить и некоторые характеристики, по которым ионное азотирование сталей сходится с электролитами. В частности, специалисты отмечают разнообразие режимов формирования электрических процессов с анодами, которые в том числе зависят от подключаемых смесей электролита.

Это дает возможность более точной регуляции технико-эксплуатационных качеств металлических заготовок.

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Католическое азотирование

Рабочее пространство в данном случае формируется диссоциированным аммиаком с поддержкой температурного режима порядка 200-400 °С. В зависимости от начальных качеств металлической заготовки подбирается оптимальный режим насыщения, достаточный для коррекции заготовки. Это касается также изменения парциального давления аммиака и водорода.

Необходимый уровень диссоциации аммиака достигается за счет контроля давления и объемов газового снабжения. При этом, в отличие от классических методов газового насыщения, католическое азотирование стали предусматривает более щадящие режимы обработки. Обычно данная технология реализуется в условиях азотосодержащей воздушной среды с тлеющим электрическим зарядом.

Функция анода выполняется стенками камеры нагрева, а катода – изделием.

Процесса деформации структуры

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Практические все методы насыщения поверхностей металлических заготовок базируются на подключении температурного воздействия. Другое дело, что дополнительно могут задействоваться электрические и газовые методики коррекции характеристик, изменяющие не только наружную, но и внешнюю структуру материала. Главным образом технологи добиваются улучшения прочностных качеств целевого объекта и защиты от внешних воздействий. Например, стойкость к коррозии является одной из основных задач насыщения, в рамках которого выполняется азотирование стали. Структура металла после обработки электролитами и газовыми средами наделяется изоляцией, способной противостоять и механическим естественным разрушениям. Конкретные параметры изменения структуры определяются условиями будущего использования заготовки.

Азотирование на фоне альтернативных технологий

Наряду с методикой азотирования внешняя структура металлических заготовок может изменяться технологиями цианирования и цементации. Что касается первой технологии, то она в большей степени напоминает классическое легирование.

Отличием этого процесса является добавление в активные смеси углерода. Имеет существенные особенности и цементация. Она также допускает применение углерода, но при повышенных температурах — порядка 950 °С. Главная цель такого насыщения – добиться высокой эксплуатационной твердости.

При этом и цементация, и азотирование стали похожи тем, что внутренняя структура может сохранять определенную степень вязкости.

На практике такая обработка применяется в отраслях, где заготовки должны противостоять повышенному трению, механической усталости, обладать износостойкостью и другими качествами, обеспечивающими долговечность материала.

Преимущества азотирования

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

К основным достоинствам технологии относится разнообразие режимов насыщения заготовок и универсальность применения. Поверхностная обработка с глубиной порядка 0,2-0,8 мм дает возможность также сохранять базовую структуру металлической детали. Впрочем, многое зависит от организации процесса, в рамках которого выполняется азотирование стали и других сплавов. Так, по сравнению с легированием, использование азотной обработки требует меньше затрат и допускается даже в домашних условиях.

Недостатки азотирования

Метод ориентирован на внешнюю доработку поверхностей металла, что обуславливает ограничение по защитным показателям. В отличие от углеродной обработки, к примеру, азотирование не способно корректировать внутреннюю структуру заготовки с целью снятия напряжения.

Другим недостатком является риск негативного воздействия даже на внешние защитные свойства подобного изделия.

С одной стороны, процесс азотирования стали может повышать коррозийную стойкость и влагозащищенность, но с другой – он же будет минимизировать плотность структуры и, соответственно, скажется на прочностных свойствах.

Заключение

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Технологии обработки металлов предполагают широкий ассортимент способов механического и химического воздействия. Некоторые из них являются типовыми и рассчитываются на стандартизированное наделение заготовок конкретными технико-физическими способами. Другие же ориентируются на специализированную доработку. Ко второй группе можно отнести азотирование стали, которое допускает возможность практически точечной доработки внешней поверхности детали. Такой способ модификации позволяет одновременно формировать барьер от наружного негативного влияния, но при этом не изменять основу материала. На практике таким операциям подвергаются детали и конструкции, которые используются в строительстве, машино- и приборостроении. Особенно это касается материалов, изначально подвергающихся высоким нагрузкам. Впрочем, существуют и показатели прочности, которых невозможно достигнуть благодаря азотированию. В таких случаях применяется легирование с глубинной полноформатной обработкой структуры материала. Но и она имеет свои недостатки в виде вредных технических примесей.

Источник: fb.ru

Источник: https://monateka.com/article/177879/

Азотирование – зачем выполняется этот вид химико-термической обработки стали

Азотирование является одним из видов химико-термической обработки сплавов и металлов, цель которой состоит в придании им повышенных прочностных характеристик.

Данный способ обработки подразумевает насыщение поверхностного слоя стали азотом при ее нагреве в аммиачной атмосфере. Итогом процедуры является:

  • повышение износостойкости металлических деталей и твердости их верхней части;
  • увеличение выносливости стальных изделий;
  • придание обрабатываемому материалу высоких антикоррозионных свойств.

Описываемый процесс в несколько раз более эффективен, нежели цементирование стали.

Характеризуемый мартенситным строением цементованный слой сохраняет повышенные показатели твердости при температурах не выше 225 ˚С. А вот при обработке металла азотом данная величина повышается до 550–600 ˚С.

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Схема создания азотированного слоя достаточно сложна, но хорошо освоена специалистами металлургической сферы. В сплаве азота и железа наблюдается формирование таких фаз:

  • раствор (твердый) Fe3N, в котором азота содержится от 8 до 11,2 %;
  • раствор (твердый) Fe4N (азота – от 5,7 до 6,1 %);
  • раствор N в α-железе.

При температурах превышающих показатель в 591 ˚С имеется еще одна фаза, распад которой происходит эвтектоидно, что приводит к образованию 2,35 % азота.

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Сам процесс насыщения металла, осуществляемый в аммиачной атмосфере, проходит по уравнению 2NH3 → 2N + 6H. Атомарный N, который образуется в результате данной реакции, диффундирует в железо.

В тех случаях, когда насыщение стали азотом выполняется при температуре менее 591 градуса, сначала появляется α-фаза.

Следующая же фаза стартует только тогда, когда α-структура достигает лимита насыщения.

Химико-термическая обработка поверхностей сплавов и сталей с использованием азота производится в несколько стадий:

  1. Выполняется термическая предварительная обработка металла, включающая в себя две операции – его закалку и отпуск (высокий). Такая обработка обеспечивает высокую вязкость и прочность сердцевины детали. Закалка стали осуществляется при высоких температурах (в районе 940 ˚С) с последующим охлаждением в масле либо обычной воде. Температура отпуска – от 600 до 670 ˚С. Столь высокая ее величина обусловлена необходимостью придания изделию твердости, необходимой для выполнения эффективной его резки.
  2. Производится механическая обработка заготовки, а затем и шлифование металла. Эти операции требуются для того, чтобы деталь имела требуемые (финальные) геометрические параметры.
  3. Защита частей металлической поверхности, которые не планируется насыщать азотом. Сделать это несложно путем применения жидкого стекла либо олова, которое наносится толщиной не более 0,015 миллиметра на заготовку по электролитической технологии. Олово формирует непроницаемую тонкую пленку, которую азот преодолеть не может.
  4. Непосредственно насыщение стали азотом.

После проведения всех этих процедур выполняется доводка либо шлифовка деталей.

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Тонкостенные заготовки сложной формы упрочняются при температурах до 520 ˚С. А продолжительность операции зависит от того, какой слой азота планируется получить в результате обработки. При этом нужно помнить, что толщина слоя будет увеличиваться, а твердость уменьшаться при повышении температуры проведения процедуры.

Снижение показателя твердости вызывается коагуляцией нитридов. Как правило, толщина упрочненного слоя должна быть на уровне 0,3–0,6 мм. Исходя из этого и подбирают температуру операции, а также ее продолжительность. Чаще всего она длится от 24 до 60 часов при температуре в пределах 500–520 градусов.

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Геометрические размеры заготовки при описываемой нами химико-термической обработке из-за повышения объема поверхности могут незначительно изменяться. Величина увеличения деформации при этом напрямую зависит от толщины слоя и повышения температуры процесса.

Если требуется ускорить операцию насыщения азотом металлов, ее проводят в две ступени – при температурах до 520 ˚С (первый этап) и от 540 до 560 ˚С (второй этап).

Подобная схема уменьшает длительность процесса, а твердость полученного слоя остается такой же высокой, как и при использовании стандартной методики.

Охлаждение заготовки после процедуры выполняется в аммиачном потоке вместе с печью. Это не дает поверхности окислиться.

На большинстве современных предприятий интересующая нас методика упрочнения поверхности стали осуществляется в печах шахтного типа, в которых рабочая максимальная температура равняется 700 ˚С, а газ циркулирует принудительно. Подобные печи могут иметь стационарный либо сменный муфель.

Читайте также:  Как сделать фрезерный своими руками: видео-инструкция

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Если применяется два муфеля, операция проходит намного быстрее: сменный муфель с заготовками загружается в агрегат сразу же после того, как первый с готовыми деталями вынимается из него. Но не всегда данная схема экономически целесообразна. Например, когда азотом насыщаются поверхности крупных по размерам деталей, рекомендуется выполнять их обработку в одномуфельных печах.

Сейчас достаточно активно используется методика насыщения металлов азотом, осуществляемая в атмосфере, состоящей из 50 % аммиака и 50 % пропана либо из аммиака и эндогаза в тех же равных пропорциях.

Длится процедура не более 3 часов при температуре 570 градусов.

В результате формируется карбонитридный слой небольшой толщины, который характеризуется повышенной износостойкостью и малой хрупкостью по сравнению со слоем, получаемым по обычной схеме.

Твердость слоя в данном случае варьируется в пределах 600–1100 НV (для легированных сплавов и сталей). Рекомендована методика для тех изделий, к которым выдвигаются повышенные требования по величине предела выносливости в процессе эксплуатации.

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Существует и технология химико-термического упрочнения металлов, предполагающая выполнение операции в тлеющем разряде. Производят ее в азотсодержащей разряженной атмосфере посредством подключения заготовки к катоду (отрицательно заряженный электрод). Контейнер агрегата при этом выполняет функцию положительного электрода (анода).

Методика с применением тлеющего разряда обеспечивает снижение общей длительности операции в несколько раз.

Суть ее такова: разряд возбуждается между анодом и катодом, ионы газа (N2 или NH3) направляются на поверхность отрицательно электрода и нагревают его до требуемой температуры. Процесс идет в два этапа.

Сначала, используя катодное распыление, поверхность очищают, а затем осуществляют непосредственно насыщение.

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Распыление выполняется при давлении до 0,2 мм рт. ст. и напряжении до 1400 В на протяжении 5–60 минут. Поверхность в течение этой операции имеет температуру до 250 ˚С. Затем приступают ко второй стадии обработки металла, которая проводится при следующих условиях:

  • 1–24 часа – длительность;
  • 400–1100 В – рабочее напряжение;
  • 1–10 мм рт. ст. – давление;
  • 470–580 ˚С – температура насыщения.

Также достаточно популярным считается и тенифер-процесс (насыщение азотом в жидкой среде), выполняемый в цианистых расплавленных слоях на протяжении 30–180 минут при температуре 570 градусов.

Источник: http://tutmet.ru/azotirovanie-stali-metalla.html

Азотирование стали: ионное, плазменное, технология, температура и режимы

Назначение азотирования

Многие сравнивают процесс цементирования и азотирования по причине того, что оба предназначены для существенного повышения эксплуатационных качеств детали.

Технология внесения азота имеет несколько преимуществ перед цементацией, среди которых отмечают отсутствие необходимости повышения температуры заготовки до значений, при которых проходит пристраивание атомной решетки.

Также отмечается тот факт, что технология внесения азота практически не изменяет линейные размеры заготовок, за счет чего ее можно применять после финишной обработки. На многих производственных линиях азотированию подвергают детали, которые прошли закалку и шлифование, практически готовы к выпуску, но нужно улучшить некоторые качества.

Назначение азотирования связано с изменением основных эксплуатационных качеств в процессе нагрева детали в среде, которая характеризуется высокой концентрацией аммиака. За счет подобного воздействия поверхностный слой насыщается азотом, и деталь приобретает следующие эксплуатационные качества:

  1. Существенно повышается износостойкость поверхности за счет возросшего индекса твердости.
  2. Улучшается значение выносливости и сопротивление к росту усталости структуры металла.
  3. Во многих производствах применение азотирования связано с необходимостью придания антикоррозионной стойкости, которая сохраняется при контакте с водой, паром или воздухом с повышенной влажностью.

Вышеприведенная информация определяет то, что результаты азотирования более весомы, чем цементации. Преимущества и недостатки процесса во многом зависят от выбранной технологии.

В большинстве случаев переданные эксплуатационные качества сохраняются даже при нагреве заготовки до температуры 600 градусов Цельсия, в случае цементирования поверхностный слой теряет твердость и прочность после нагрева до 225 градусов Цельсия.

Технология процесса азотирования

Во многом процесс азотирования стали превосходит другие методы, предусматривающие изменение химического состава металла. Технология азотирования деталей из стали обладает следующими особенностями:

  1. В большинстве случаев процедура проводится при температуре около 600 градусов Цельсия. Деталь помещается в герметичную муфельную печь из железа, которая помещается в печи.
  2. Рассматривая режимы азотирования, следует учитывать температуру и время выдержки. Для разных сталей эти показатели будут существенно отличаться. Также выбор зависит от того, каких эксплуатационных качеств нужно достигнуть.
  3. В созданный контейнер из металла проводится подача аммиака из баллона. Высокая температура приводит к тому, что аммиак начинает разлагаться, за счет чего начинают выделяться молекулы азота.
  4. Молекулы азота проникают в металл по причине прохождения процесса диффузии. Засчет этого на поверхности активно образуются нитриды, которые характеризуются повышенной устойчивостью к механическому воздействию.
  5. Процедура химико-термического воздействия в данном случае не предусматривает резкое охлаждение. Как правило, печь для азотирования охлаждается вместе с потоком аммиака и деталью, за счет чего поверхность не окисляется. Поэтому рассматриваемая технология подходит для изменения свойств деталей, которые уже прошли финишную обработку.

Классический процесс получения требуемого изделия с проведением азотирования предусматривает несколько этапов:

  1. Подготовительная термическая обработка, которая заключается в закалке и отпуске. За счет перестроения атомной решетки при заданном режиме структура становится более вязкой, повышается прочность. Охлаждение может проходить в воде или масле, иной среде – все зависит от того, насколько качественным должно быть изделие.
  2. Далее выполняется механическая обработка для придания нужной форы и размеров.
  3. В некоторых случаях есть необходимость в защите определенных частей изделия. Защита проводится путем нанесения жидкого стекла или олова слоем толщиной около 0,015 мм. За счет этого на поверхности образуется защитная пленка.
  4. Выполняется азотирование стали по одной из наиболее подходящих методик.
  5. Проводятся работы по финишной механической обработке, снятию защитного слоя.

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Режимы азотирования стали

Получаемый слой после азотирования, который представлен нитридом, составляет от 0,3 до 0,6 мм, за счет чего отпадает необходимость в проведении процедуры закаливания.

Как ранее было отмечено, азотирование проводят относительно недавно, но сам процесс преобразования поверхностного слоя металла был уже практически полностью изучен, что позволило существенно повысить эффективность применяемой технологии.

Металлы и сплавы, подвергаемые азотированию

Существуют определенные требования, которые предъявляются к металлам перед проведением рассматриваемой процедуры. Как правило, уделяется внимание концентрации углерода. Виды сталей, подходящих для азотирования, самые различные, главное условие заключается в доле углерода 0,3-0,5%.

Лучших результатов достигают при применении легированных сплавов, так как дополнительные примеси способствуют образованию дополнительных твердых нитритов. Примером химической обработки металла назовем насыщение поверхностного слоя сплавов, которые в составе имеют примеси в виде алюминия, хрома и другие.

Рассматриваемые сплавы принято называть нитраллоями.

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Микроструктура сталей после азотирования

Внесение азота проводится при применении следующих марок стали:

  1. Если на деталь будет оказываться существенное механическое воздействие при эксплуатации, то выбирают марку 38Х2МЮА. В ее состав входит алюминий, который становится причиной снижения деформационной стойкости.
  2. В станкостроении наиболее распространение получили стали 40Х и 40ХФА.
  3. При изготовлении валов, которые часто подвергаются изгибающим нагрузкам применяют марки 38ХГМ и 30ХЗМ.
  4. Если при изготовлении нужно получить высокую точность линейный размеров, к примеру, при создании деталей топливных агрегатов, то используется марка стали 30ХЗМФ1. Для того чтобы существенно повысить прочность поверхности и ее твердость, предварительно проводят легирование кремнем.

При выборе наиболее подходящей марки стали главное соблюдать условие, связанное с процентным содержанием углерода, а также учитывать концентрацию примесей, которые также оказывают существенное воздействие на эксплуатационные свойства металла.

Основные виды азотирования

Выделяют несколько технологий, по которым проводят азотирование стали. В качестве примера приведем следующий список:

  1. Аммиачно-пропановая среда. Газовое азотирование сегодня получило весьма большое распространение. В данном случае смесь представлена сочетанием аммиака и пропана, которые берутся в соотношении 1 к 1. Как показывает практика, газовое азотирование при применении подобной среды требует нагрева до температуры 570 градусов Цельсия и выдержки в течение 3-х часов. Образующийся слой нитридов характеризуется небольшой толщиной, но при этом износостойкость и твердость намного выше, чем при применении классической технологии. Азотирование стальных деталей в данном случае позволяет повысить твердость поверхности металла до 600-1100 HV.
  2. Тлеющий разряд – методика, которая также предусматривает применение азотсодержащей среды. Ее особенность заключается в подключении азотируемых деталей к катоду, в качестве положительного заряда выступает муфель. За счет подключение катода есть возможность ускорить процесс в несколько раз.
  3. Жидкая среда применяется чуть реже, но также характеризуется высокой эффективностью. Примером можно назвать технологию, которая предусматривает использование расплавленного цианистого слоя. Нагрев проводится до температуры 600 градусов, период выдержки от 30 минут до 3-х часов.

В промышленности наибольшее распространение получила газовая среда за счет возможность обработки сразу большой партии.

Каталитическое газовое азотирование

Данная разновидность химической обработки предусматривает создание особой атмосферы в печке. Диссоциированный аммиак проходит предварительную обработку на специальном каталитическом элементе, что существенно повышает количество ионизированных радикалов. Особенности технологии заключаются в нижеприведенных моментах:

  1. Предварительная подготовка аммиака позволяет увеличить долю твердорастворной диффузии, что снижает долю реакционных химических процессов при переходе активного вещества от окружающей среды в железо.
  2. Предусматривает применение специального оборудования, которое обеспечивает наиболее благоприятные условия химической обработки.

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Процесс азотирования стали

Применяется данный метод на протяжении нескольких десятилетий, позволяет изменять свойства не только металлов, но и титановых сплавов. Высокие затраты на установку оборудования и подготовку среды определяют применимость технологии к получению ответственных деталей, которые должны обладать точными размерами и повышенной износостойкостью.

Свойства азотированных металлических поверхностей

Довольно важным является вопрос о том, какая достигается твердость азотированного слоя. При рассмотрении твердости учитывается тип обрабатываемой стали:

  1. Углеродистая может иметь твердость в пределах 200-250HV.
  2. Легированные сплавы после проведения азотирования обретают твердость в пределе 600-800HV.
  3. Нитраллои, которые имеют в составе алюминий, хром и другие металлы, могут получить твердость до 1200HV.

Другие свойства стали также изменяются. К примеру, повышается коррозионная стойкость стали, за счет чего ее можно использовать в агрессивной среде. Сам процесс внесения азота не приводит к появлению дефектов, так как нагрев проводится до температуры, которая не изменяет атомную решетку.

15.12.2019

Источник: https://Sizenko.ru/azotirovanie-stali-ionnoe-plazmennoe-tehnologiya-temperatura-i-rezhimy/

Азотирование сталей

Азотирование — это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее в диссоциированном аммиаке. Такой химико-термической обработке подвергают детали, которые работают на износ при разогреве поверхности до 400°С.

Азотирование сильно повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости, коррозионные свойства в атмосферной среде, воде и т. д. Твердость азотированного слоя выше, чем цементованной стали, и сохраняется при нагреве до высоких температур (500–550 °С), тогда как твердость цементируемого слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200–225 °С.

До азотирования детали подвергают закалке, высокому отпуску (улучшению) и чистовой обработке, т.к. после азотирования нет необходимости в дальнейшей термообработке. Как правило, после азотирования детали не имею коробления поверхностей, либо они минимальны.

 После азотирования детали шлифуют или полируют, либо вообще не подвергают механической обработке. Азотирование стальных изделий проводят в интервале температур 500–620 °С (в зависимости от геометрии детали, требованиям к процессу, конечным свойствам изделия и т.д.

) в аммиаке, который при нагреве диссоциирует, поставляя на поверхность активный атомарный азот:

                                                              NН3→N + 3Н

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Микроструктура азотированного слоя

При температурах азотирования, в стали могут образовываться следующие фазы: α-фаза – твердый раствор азота в Feα (азотистый феррит), γ-фаза – твердый раствор азота в Feγ (азотистый аустенит), γ'-фаза – твердый раствор на основе нитрида железа Fe4N и промежуточная ε-фаза – твердый раствор на основе нитрида железа Fe2-3N.

Читайте также:  Инжекторный насос для воды: принцип работы и особенности

В общем случае формирование структуры диффузионного слоя азотируемой стали зависит от состава стали, температуры и длительности нагрева, а также скорости охлаждения после азотирования. При азотировании стали при 590 ºС диффузионный слой состоит из трех фаз: ε, γ' и α.

Микроструктура азотированного слоя стали выглядит примерно так, как показано на рисунке.

Стали для азотирования

Теоретически, азотированию можно подвергать любые стали и чугуны, но широкого практического применения многие материалы для азотирования не получили, т.к. например твердость азотированного железа очень мала и составляет примерно 340 HV.

Для азотирования используются стали легированные алюминием, хромом, молибденом, ванадием. Хром, молибден и ванадий повышают растворимость азота в α-фазе и образуют специальные нитриды MN и M2N.

Наиболее высокие поверхностная твердость и износостойкость при азотировании достигаются в хромомолибденовых сталях, дополнительно легированных алюминием. Типичным представителем таких сталей является сталь 38Х2МЮА.

Кроме этого, молибден в стали устраняет отпускную хрупкость, которая может возникнуть при медленном охлаждении.

Технология азотирования сталей

Азотирование тонкостенных изделий рекомендуется делать при температурах 500–520 °С. При этих температурах и выдержке 24-60 часов возможно получение слоя 0,3-0,6 мм.

Для ускорения процесса проводят двухступенчатое азотирование: сначала при температурах 500–520 °С, а затем при 540–560 °С. При таком процессе, не смотря на достаточно высокую температуру, сохраняется высокая твердость азотированного слоя. Значительное сокращение процесса, в 2-4 раза, достигается применением азотирования в тлеющем разряде — ионное азотирование.

Азотирование повышает предел усталости конструкционных сталей за счет образования в поверхностном слое остаточных напряжений. Тонкий слой ε-фазы (0,01–0,03 мм) хорошо защищает простые углеродистые стали с содержанием углерода от 0,1 до 1,0 % от коррозии во влажной атмосфере и других средах.

Источник: https://HeatTreatment.ru/azotirovanie-stalej

Азотирование — это… Что такое Азотирование?

Азотирование — это технологический процесс химико-термической обработки, при которой поверхность различных металлов или сплавов насыщают азотом в специальной азотирующей среде.

Поверхностный слой изделия, насыщенный азотом, имеет в своём составе растворённые нитриды и приобретает повышенную коррозионную стойкость и высочайшую микротвёрдость.

По микротвёрдости азотирование уступает только борированию, в то же время превосходя цементацию и нитроцементацию (незначительно).

Металлы и сплавы, подвергаемые азотированию

  • Стали углеродистые и легированные, конструкционные и инструментальные.
  • Высокохромистые чугуны, высокохромистые износоустойчивые сплавы, хром.
  • Титан и титановые сплавы.
  • Бериллий.
  • Вольфрам.
  • Ниобиевые сплавы.
  • Порошковые материалы.

Назначение азотирования

  • Упрочнение поверхности
  • Защита от коррозии
  • Повышение усталостной прочности

В зависимости от назначения используемые технологические процессы азотирования могут существенно отличаться.

Основные процессы азотирования

Газовое азотирование

Газовое азотирование

Насыщение поверхности металла производится при температурах от 400 (для некоторых сталей) до 1200 (аустенитные стали и тугоплавкие металлы) градусов Цельсия. Средой для насыщения является диссоциированный аммиак. Для управления структурой и механическими свойствами слоя при газовом азотировании сталей применяют:

Контрольными параметрами процесса являются:

  • степень диссоциации аммиака
  • расход аммиака
  • температура
  • расходы дополнительных технологических газов (если применяются).

Каталитическое газовое азотирование

Это последняя модификация технологии газового азотирования. Средой для насыщения является аммиак, диссоциированный при температуре 400—600 градусов Цельсия на катализаторе в рабочем пространстве печи.

Для управления структурой и механическими свойствами слоя при каталитическом газовом азотировании сталей применяют изменение потенциала насыщения.

В целом применяются более низкие температуры, чем при газовом азотировании.

Ионно-плазменное азотирование

Технология насыщения металлических изделий в азотсодержащем вакууме (примерно 0,01 атм.), в котором возбуждается тлеющий электрический разряд. Анодом служат стенки камеры нагрева, а катодом — обрабатываемые изделия. Для управления структурой слоя и механическими свойствами слоя применяют (в разные стадии процесса):

Азотирование из растворов электролитов

Использование анодного эффекта для диффузионного насыщения обрабатываемой поверхности азотом в многокомпонентных растворах электролитов, один из видов скоростной электрохимико-термической обработки (анодный электролитный нагрев) малогабаритных изделий.

Анод-деталь при наложении постоянного напряжения в диапазоне от 150 до 300 В разогревается до температур 450—1050 °C. Достижение таких температур обеспечивает сплошная и устойчивая парогазовая оболочка, отделяющая анод от электролита.

Для обеспечения азотирования в электролит кроме электропроводящего компонента вводят вещества-доноры, обычно нитраты.

Оборудование для азотирования

Для проведения газового азотирования используются преимущественно шахтные, ретортные и камерные печи. Для подготовки аммиака перед подачей в печь используется диссоциатор.

  • Для проведения каталитического газового азотирования используются преимущественно шахтные, ретортные и камерные печи, оснащенные встроенными катализаторами и кислородными зондами для определения насыщающей способности атмосферы.
  • Для проведения процессов ионно-плазменного азотирования применяются специализированные установки, в которых происходит нагрев изделий за счёт катодной бомбардировки и, собственно, насыщение.
  • Для азотирования из растворов электролитов применяются установки для электрохимико-термической обработки.

Свойства азотированных металлических поверхностей

См. также

  • Химико-термическая обработка металлов

Источник: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/206768

Процесс азотирования стали, его достоинства и область применения

выплавка сталь азотирование кристаллический

Азотирование стали впервые предложено акад. Н.П. Чижевским. Процесс азотирования стальных деталей заключается в поверхностном насыщении азотом в среде аммиака (NH3) при температурах нагрева 500-700° С в течение 20-90 ч. Глубина азотированного слоя допускается в пределах 0,2-0,8 мм.

Азотирование применяется для повышения твердости, износостойкости, предела усталости, сопротивления коррозии и жаропрочности.

Азотированию могут подвергаться детали из углеродистой низко-легированной и легированной сталей, а также чугун.

Детали из углеродистой и низколегированной стали азотируют для увеличения сопротивления коррозии. Твердость азотированной. поверхности у них не превышает HV 250-300.

Азотирование может быть низкотемпературным (500-600?С) или высокотемпературным (600-1200?С). Термическая диссоциация аммиака представляет собой ионизационный процесс, сопровождающийся образованием ионов в рабочем пространстве печи.

Азотированию подвергаются стали перлитного, ферритного и аустенитного классов, а также чугуны и другие сплавы.

В результате азотирования сталь приобретает высокую твердость на поверхности, не изменяющуюся при нагреве до 400-450?С; высокую износостойкость и низкую склонность к задирам; высокий предел выносливости; высокую кавитационную стойкость; хорошую сопротивляемость коррозии в атмосфере, пресной воде и паре

  • Технологический процесс изготовления деталей при применении азотирования состоит из следующих этапов:
  • 1) предварительная термическая обработка заготовки;
  • 2) механическая обработка детали, включая шлифование;
  • 3) защита мест, не подлежащих азотированию (покрытие тонким слоем олова гальваническим способом);
  • 4) азотирование;
  • 5) окончательное шлифование или доводка в соответствии с заданными допусками.

Легированные стали с содержанием хрома, никеля, алюминия и молибдена после азотирования имеют поверхностную твердость HV 850-1200 (рис. 37). Это достигается за счет образования мелкодисперсных нитридов на поверхности детали (химических соединений азота с элементами AlN, GrN, Cr2N, MoN).

Достоинство азотированного слоя — сохранение высокой твердости при нагреве до высоких температур.

Эта особенность азотированного слоя расширяет область применения азотирования и дает хорошие результаты в борьбе с износом деталей, работающих при повышенных температурах.

Снижение хрупкости азотированного слоя позволяет применять азотирование при изготовлении деталей, имеющих острые кромки и вырезы, а также нешлифуемых деталей. Так, например, в станкостроении для шпинделей, опор качения и ходовых винтов используют стали 40Х, 40ХФА, 18ХГТ, а для гильз, накладных направляющих планок, ходовых винтов пар качения — стали 40ХФА, 20ХЗВА, 20ХЗМВФ.

Источник: https://studbooks.net/2508376/tovarovedenie/protsess_azotirovaniya_stali_dostoinstva_oblast_primeneniya

7. Химико—термическая обработка: азотирование, ионное азотирование

7. Химико—термическая обработка: азотирование, ионное азотирование

Химико—термическая обработка – азотирование применяется с целью повышения твердости поверхности у различных деталей – зубчатых колес, гильз, валов и др. изготовленных из сталей 38ХМЮА, 38ХВФЮА, 18Х2Н4ВА, 40ХНВА и др. Азотирование – последняя операция в технологическом процессе изготовления деталей.

Перед азотированием проводят полную термическую и механическую обработку и даже шлифование, после азотирования допускается только доводка со съемом металла до 0,02 мм на сторону. Азотированием называется химико—термическая обработка, при которой происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя азотом.

В результате азотирования обеспечиваются: высокая твердость поверхностного слоя (до 72 HRC), высокая усталостная прочность, теплостойкость, минимальная деформация, большая устойчивость против износа и коррозии. Азотирование проводят при температурах от +500 до +520 °C в течение 8–9 ч. Глубина азотированного слоя – 0,1–0,8 мм.

По окончании процесса азотирования детали охлаждают до +200–300 °C вместе с печью в потоке аммиака, а затем – на воздухе.

Поверхностный слой не поддается травлению. Глубже него находится сорбитообразная структура. В промышленности широко применяется процесс жидкостного азотирования в расплавленных цианистых солях. Толщина азотированного слоя – 0,15—0,5 мм.

Азотированный слой не склонен к хрупкому разрушению. Твердость азотированного слоя углеродистых сталей – до 350 HV, легированных – до 1100 HV. Недостатки процесса – токсичность и высокая стоимость цианистых солей.

В ряде отраслей промышленности используется ионное азотирование, которое имеет ряд преимуществ перед газовым и жидкостным. Ионное азотирование осуществляется в герметичном контейнере, в котором создается разреженная азотсодержащая атмосфера. Для этой цели применяются чистый азот, аммиак или смесь азота и водорода.

Размещенные внутри контейнера детали подключают к отрицательному полюсу источника постоянной электродвижущей силы Они выполняют роль катода. Анодом служит корпус контейнера. Между анодом и катодом включают высокое напряжение (500—1000 В) – происходит ионизация газа.

Образующиеся положительно заряженные ионы азота устремляются к отрицательному полюсу – катоду. Возле катода создается высокая напряженность электрического поля. Высокая кинетическая энергия, которой обладали ионы азота, переходит в тепловую.

Деталь за короткое время (15–30 мин) разогревается до от +470 до +580 °C, происходит диффузия азота вглубь металла, т. е. азотирование.

Ионное азотирование по сравнению с азотированием в печах позволяет сократить общую продолжительность процесса в 2–3 раза, уменьшить деформацию деталей за счет равномерного нагрева.

Ионное азотирование коррозионно—стойких сталей и сплавов достигается без дополнительной депассивирующей обработки. Толщина азотированного слоя – 1 мм и более, твердость поверхности – 500—1500 HV. Ионному азотированию подвергают детали насосов, форсунок, ходовые винты станков, валы и многое другое.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Следующая глава

Источник: https://tech.wikireading.ru/8747

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.

Читайте также:  Изготовление трубогиба в домашних условиях - видео-инструкция

Источник: https://trastcomp.ru/sovremennye-texnologii-azotirovanie-stali/

Новая промышленная технология азотирования сталей

Разработана новейшая промышленная технология азотирования без аммиака стальных изделий, которая соответствует всем современным требованиям по энергосбережению и экологической безопасности в промышленности. Созданное оборудование является конкурентоспособным на мировом рынке.

Азотирование металлов — процесс насыщения их поверхности азотом и его соединениями — известно с древних времен. Эмпирическим путем было замечено проявление антикоррозионных свойств металлических поверхностей, подвергнутых азотированию, и повышение их твердости. Последнее свойство в основном и предопределило дальнейшее практическое применение этого процесса.

Впервые теоретическое обоснование процесса азотирования было дано выдающимся российским ученым В.П. Чижевским в его работе «Железо и азот», опубликованной в «Известиях Томского технологического института» еще в 1913 году.

В принципиальном плане азотирование может проходить в любой из сред: твердой, жидкой и газообразной. Классические требования к деталям машин, инструменту, оснастке — вообще к металлическим изделиям — группируются вокруг двух категорий: экономичности и работоспособности.

Однако лучшие результаты при разработке конкретной технологии азотирования достигаются только в случаях комплексного, как правило, компромиссного, учета всех факторов влияния.

Именно этим можно объяснить то, что, несмотря на наличие более чем сотни технологий модификации свойств металлических изделий, ни одна из них не занимает более или менее доминирующего положения. Каждой из них отведена определенная технологическая ниша в производственных процессах.

Первоначально азотирование в основном проводилось в твердой и жидкой средах.

Обработка в каждой из этих сред в конкретных условиях, которые определяются не только назначением изделия, но часто и его формой, а также технологией предыдущей обработки, имела те или иные преимущества. По этой причине иногда даже на одном предприятии параллельно применялись различные варианты технологии азотирования.

Роль азотирования существенно возросла с начала 60-х гг. прошлого столетия. Именно в это время согласно современной периодизации технологий химико-термической обработки возникло новое направление — инженерия поверхности, которая отводила ведущую роль поверхности в сравнении с объемными свойствами.

  • Известно, что практически все критерии работо­способ­ности (за исключением разве что прочности) формируются, прежде всего, за счет свойств поверхностных слоев. Именно поверхность должна модифицироваться в первую очередь. Действительно, эксплуатационный ресурс всех деталей в машиностроении лимитируется состоянием поверхности.

Все детали изнашиваются по поверхности. Усталостные трещины также образуются от поверхности. Очень важной характеристикой является термостойкость поверхности.

Что же касается прочности, то применение специальных методов обработки поверхности, вызывающих на ней достаточно значительные сжимающие напряжения, способствует также и существенному увеличению прочностных характеристик деталей машин.

Поэтому в машиностроении удельный вес технологий, связанных с обработкой поверхности, со временем только возрастает. Преимущество отдается деталям машин с вязкой сердцевиной и модифицированной поверхностью.

Одной из наиболее эффективных технологий оказалось азотирование в газообразной среде. В качестве источника азота используется диссоциированный аммиак.

  • Азотирование в аммиаке обеспечивало технологическую возможность получения твердых поверхностных слоев на сравнительно большую глубину. Универсальность технологии состояла в возможности азотирования любых поверхностей, в том числе глубоких отверстий малого диаметра, узких углублений и других малодоступных участков поверхности.

Газовое печное азотирование в аммиаке быстро стало традиционной технологией.

Вместе с тем выяснилось, что оно обладает целым рядом недостатков. К ним в первую очередь следует отнести чрезвычайно большую энергоемкость и продолжительность процесса. Получаемый таким способом модифицированный слой поверхности имел достаточно большую глубину.

Ввиду неизбежной формоизменяемости деталей после азотирования часть этого слоя приходилось удалять, что вело к повышению себестоимости азотируемых изделий.

Кроме того, следует отметить экологическую опасность использования аммиака и неудовлетворительные санитарно-гигиенические условия работы производственного персонала. Следующим недостатком является повышенная пожаро- и взрывоопасность.

Поиск возможностей устранения указанных выше недостатков привел к разработке принципиально нового метода — азотирования с применением в качестве интенсификатора электрического разряда в газе, как тлеющего, так и дугового.

История промышленного использования нового процесса, альтернативного печному газовому азотированию, начинается в 1955–1956 гг., когда Б. Бергаузом (Bernhard Bergaus) были запатентованы основы этого процесса. Тем не менее первая эмпирическая попытка применения электрического разряда для модификации поверхности металлов отмечена еще в 1909 г.

Применялся дуговой разряд в изолированной атмосфере, которая исключала влияние окружающей среды. Материалы электродов, например углерод, в этом процессе использовались в качестве легирующего элемента. На этом примере важно отметить, прежде всего, применение разряда как интенсификатора процесса. В 1912 г.

заявлена герметичная камера и метод обработки в вакуумированной атмосфере и дуговом разряде.

  • В 1930 г. впервые предложено азотирование в аммиаке с использованием электрического разряда. Суть метода заключалась в образовании атомарного азота при прохождении аммиака через электрический разряд, что ускоряло процесс модификации. Нагревание поверхности и ионизация проводились одним из видов разряда: искровым, дуговым, коронным.

Классическая теперь форма азотирования в тлеющем разряде (АТР) с предварительной обработкой катодной бомбардировкой сформировалась к началу 50-х гг.

При этом удельная мощность разряда составляла от 0,2 до 5 Вт/см?; давление рабочего газа больше 2 Торр. Рабочая газовая среда, помимо аммиака, могла быть и азотно-водородной при соотношении азота и водорода от 1:10 до 1:25.

Питание разряда могло быть не только непрерывным, но и циклически коммутируемым с разной частотой и продолжительностью импульса.

Азотирование в тлеющем разряде (АТР) в СССР изучается с 1962 г. Наиболее весомый вклад в теорию и практику АТР внесли отечественные научные школы Ю.М. Лахтина и Б.Н. Арзамасова. Их исследования относились не только к сталям различного назначения, но также к чугунам и легким сплавам.

Рабочая газовая среда в разрабатываемых ими технологиях являлась аммиачной. Применение аммиака было данью газовому печному азотированию, получившему к тому времени широкое распространение.

На принципиально новый процесс переходили указанные выше недостатки традиционного процесса — печного газового азотирования.

АТР реализуется в газовой среде (аммиак или смесь азота с водородом) пониженного давления при воздействии на газовый промежуток электрического поля между анодом и катодом.

В общем случае обрабатываемая деталь может быть как катодом (преимущественно встречающийся вариант), так и анодом или с переменным чередованием этой функции.

Активные частицы, генерируемые тлеющим разрядом в рабочем газе, образуют с металлическими компонентами поверхности различные соединения или твердые растворы.

  • Применение АТР на практике обнаружило следующие преимущества. Во-первых, на один-два порядка уменьшается расход энергии, рабочего газа и продолжительность обработки.

Последнее подтверждается, например, тем, что длительность фазы собственно печного азотирования может достигать 96 ч, а при азотировании в тлеющем разряде аналогичные результаты могут быть достигнуты в течение 4–6 ч.

Другим чрезвычайно важным преимуществом АТР является практическое отсутствие формоизменения изделий.

По этой причине исключается дальнейшая финишная доводка поверхности с соответствующим положительным влиянием на себе-стоимость обрабатываемой детали.

Однако и АТР-процесс имеет свой существенный недостаток. Этот изъян процесса связан с применением в технологии водородсодержащих газовых сред (аммиака или смеси азота с водородом). Присутствие водорода в тлеющем разряде стимулирует водородное охрупчивание.

Для режущего инструмента, зубчатых колес, а также пар трения, работающих при значительных напряжениях в поверхностном слое, существенным являются не только высокие показатели твердости, но и характеристики пластичности.

Хрупкий инструмент не будет работоспособен при малейших динамических нагрузках, а они неизбежны в реальных процессах резания. Отсутствие пластичных свойств у корня зуба приводит к поломке зубчатых колес.

Скалывание частичек высокой твердости с азотированной поверхности, подвергнутой значительным контактным напряжениям, по существу является процессом генерации абразива, который разрушает поверхность металлических деталей.

  • Таким образом, для целого ряда практических применений возникла задача устранения водородной хрупкости в процессе азотирования по АТР-процессу. По этой причине была разработана новая технология азотирования в тлеющем разряде с использованием рабочих газовых сред, не содержащих водород. Этот процесс получил название безводородное азотирование в тлеющем разряде или БАТР- процесс с использованием азота или смеси азота с аргоном.

Физическая сущность процессов азотирования в водородосодержащих (АТР-процесс) и безводородных газовых средах (БАТР-процесс) схожа.

Однако применение безводородных газовых сред позволяет скорректировать качественные и количественные параметры отдельных стадий режима азотирования. Данное обстоятельство оказывает влияние на структуру и кинетику формирования модифицированного поверхностного слоя.

Это связано в значительной степени с лучшими условиями энергопередачи при бомбардировке поверхности, в том числе и на стадии катодной очистки поверхности.

Степень очистки поверхности во многом определяет как качество азотирования, так и фазовый состав поверхностного слоя, а следовательно, и продолжительность обработки. Сохраняя все основные преимущества АТР-процесса, безводородное азотирование выявляет новые преимущества.

  • БАТР-процесс исключает водородное охрупчивание, повышает пластические свойства поверхности с минимальным разупрочнением основы, снижает расход энергии, улучшает условия труда до идеальных и является абсолютно экологически чистым.

Последнее особенно важно, если учесть, что в ближайшей перспективе аммиак в химико-термической обработке может быть отнесен к категории отравляющих веществ. Неизбежен запрет его применения для указанных целей.

Стендовые испытания азотированных в безводородных газовых средах (БАТР-процесс) зубчатых колес, коленчатых, шлицевых и распределительных валов, коромысел показали повышение стойкости в 1,6–3 раза, плунжерных насосов и подшипников качения специального назначения — в 1,5 раза по сравнению с серийным АТР- процессом.

Промышленные испытания азотированных пальцев цепей тяговых транспортеров, деталей технологической оснастки для обработки алмазов, шнеков термопластавтоматов, направляющих сопел литьевых машин, работающих в абразивных средах, выявили повышение их износостойкости в 1,9–3,5 раза.

Испытания азотированных деталей технологических машин для предприятий пищевой промышленности, объектов, работающих в агрессивных средах, подтвердили повышение их износостойкости в 2–5 раз. Апробация в производственных условиях азотированного в безводородных средах металлорежущего инструмента (фрез, сверл, метчиков, плашек, токарных резцов и др.

) обеспечила повышение его износостойкости в 1,7–3 раза в зависимости от условий резания. Долговечность азотированного дереворежущего инструмента повысились в 3–5 раз.

Оборудование для реализации БАТР-процесса имеет ряд принципиальных конструктивных отличий в сравнении с зарубежными аналогами. Одно из отличий состоит в наличии системы подготовки безводородной газовой среды, позволяющей дозировать и получать многокомпонентные насыщающие газовые смеси, в том числе и в ходе процесса.

В принципиальном плане такая система существенно проще по конструкции и надежнее, безопаснее в эксплуатации аналогичных устройств азотирования в водородсодержащих газовых средах. Возможное наличие замкнутой системы циркуляции рабочих газов обеспечивает еще большую экономичность и экологическую чистоту работы установок.

Контролер процесса, предназначенный для автоматического выхода на заданный режим и поддерживания его с высокой точностью и надежностью, гарантирует отсечку перехода тлеющего разряда в дуговой. Выбор конструктивной схемы установки зависит от конкретных условий производства.

Вначале отметим современные тенденции в производстве оборудования для безводородного азотирования в тлеющем разряде:

  •  увеличение единичной массы садки и, как следствие, увеличение размеров разрядных камер и мощности источника электропитания;
  •  применение циклически коммутируемого электропитания, которое снижает требования к формированию садки, позволяет обрабатывать поверхности с локальными исключениями;
  •  компоновка установок по схемам многокамерных или многопозиционных;
  •  для длинномерных деталей используются шахтные печи; для остальных, с целью упрощения доступа к формируемой садке — колпакового типа;
  •  системы газоподготовки позволяют точно дозировать соотношение компонентов, которое, как и их количество, может изменяться по ходу процесса (многостадийные и комбинированные процессы);
  •  системы управления снабжаются эффективными автоматическими дугогасящими устройствами;
  •  в установках применяются многослойные теплозащитные экраны, которые в значительной мере уменьшают потребляемую для нагрева садки мощность;
  •  для комбинированных процессов также могут использоваться камерные установки, в которые садка вкатывается на специальных тележках;
  •  все более широко внедряются комбинированные процессы как в одной камере, так и во многокамерных установках;
  •  управление процессом, как правило, программное на основе современных теоретических исследований с отслеживанием параметров режима и их коррекцией при необходимости.

В настоящее время технически осуществимо безводородное азотирование в тлеющем разряде практически всех сталей, чугунов, титановых и легких сплавов, твердого сплава в промышленных масштабах.

Источник: http://nittin.ru/novaja_promishlennaya_technologiya_azotirovanija_staley/

Ссылка на основную публикацию