Описание процесса азотирования, назначения процесса азотирования, преимущества и недостатки
Азотированием называют процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны деталей. Азотирование применяют для повышения износостойкости и предела выносливости деталей машин (коленчатые валы, гильзы цилиндров, червяки, валики, шестерни и др.)
До азотирования детали подвергают закалке, высокому отпуску (улучшению) и чистовой обработке. После азотирования детали шлифуют или полируют.
Обычное азотирование проводят при температуре 500 - 600 °С в муфелях или контейнерах, через которые пропускается диссоциирующий аммиак, так же возможно проведения азотирования в тлеющем разряде.
Вероятно, что на стальной поверхности происходит реакция диссоциации аммиака с выделением ионов азота, которые адсорбируются поверхностью детали, а затем диффундируют вглубь.
При нагреве аммиака в изолированном объеме возможна лишь реакция с образованием молекулярного азота
2NH3 --> N2 + ЗН2
который не может диффундировать в сталь без ионизации.
3 Описание структурного превращения происходящего при термической обработке и азотировании
Формирование структуры азотированной зоны в углеродистых сталях происходит примерно так же, как при азотировании железа. Поэтому, пользуясь диаграммой состояния Fe - N, можно предсказать структуру азотированной зоны низкоуглеродистых сталей. По мере
насыщения железа азотом при температуре ниже 590 °С сначала образуется α-твердый раствор внедрения азота в железо, затем слой γ-Фазы с ГЦК решеткой и упорядоченным расположением атомов азота в центрах элементарных ячеек. Обычно процесс азотирования завершается образованием на поверхности слоя ε-фазы с ГП решеткой и упорядоченным расположением атомов в широком интервале концентраций азота.
При медленном охлаждении после азотирования вследствие переменной растворимости азота в α- и ε- фазах происходит выделение вторичной γ||-фазы, и структура азотированной зоны от поверхности к сердцевине становится следующей:
ε + γ`||→ γ`→ α + γ`||→ α
При азотировании углеродистых сталей с увеличением содержания углерода уменьшается скорость диффузии азота и возможно образования карбонитридных фаз.
Азотированная сталь, имеющая на поверхности слой ε-фазы, коррозионностойка в воде и в атмосферных условиях. В системе Fe-N ε- и γ`-фазы имеют сравнительно невысокую твердость— соответственно 450 HV и 550 HV. Значительно большая твердость достигается при азотировании специально легированных сталей, которые содержат более активные нитридообразующие элементы: Сr, Mo, Al, V, Ti.
При азотировании структуры диффузионной зоны легированных и углеродистых сталей аналогичны. Однако легирование изменяет состав фаз и температурные границы их образования; при изотермической выдержке в процессе азотирования могут образовываться двухфазные слои в диффузионной зоне.
4) Графики термообработки, влияние легирующих элементов на свойства стали
Высокие твердость и износостойкость получаются после азотирования легированной стали 18Х2Н4ВА, содержащей, %: 0.16 - С; 1.4-Сr; 0.9-W, 0.3-Cu, 0.3-Si, 0.4-Mn, 4.2-Ni, 0.025-P, 0.025-S.
Влияние некоторых основных легирующих элементов на свойства сталей.
1. Никель. Никель образует твердые растворы внутри легированных сталей, повышается прочность стали, ее устойчивость к высоким температурам (никель – сильный аустенизатор).
2. Вольфрам и молибден. Вольфрам повышает твердость и прочность стали. Сильно карбидообразующий элемент. Основная цель введения- уменьшение склонности к отпускной хрупкости второго рода , улучшение свойств комплекснолегированных сталей в результате измельчения зерна, повышение стойкости к отпуску, увеличение прокаливаемости.
3. Марганец. Марганец способствует повышению твердости и прочности, обеспечивает высокую вязкость сталей но он делает структуру стали чувствительной к перегреву, поэтому для измельчения зерна вместе с марганцем вводят карбидообразующие элементы.
4. Кремний. Кремний – ферритизатор – повышает устойчивость феррита при высоких температурах.
5. Хром. Хром – растворяясь в феррите и цементите оказывает благоприятное влияние на механические свойства.
