Азотирование

Азотированием - называется процесс насыщения поверхности стали азотом. Процесс осуществляется в среде аммиака при температуре 480 - 650°С.

При этих их температурах по реакции 2NH₃→2N+3H₃ выделяется атомарный азот, который диффундирует в поверхностные слои детали.

Для азотирования применяют среднеуглеродистые легированные стали, содержащие Сr, W, МО, V, Al.

При азотировании легированных сталей азот образует с легирующими элементами устойчивые нитриды, которые придают азотированному слою высокая твердость. Твердость поверхностного слоя деталей после азотирования достигает HV 100 - 1200. Типичная марка стали для азотирования 38ХМЮА.

Перед азотированием детали подвергают термической обработке, состоящей из закалки и высокотемпературного отпуска (улучшению). Затеи производят механическую обработку, придающую окончательные размеры изделию.

Участки, не подлежащие азотированию, защищают тонким слоем (0,001 - 0,0015 мм) олова, нанесением электролитическим методом, или жидким стеклом. В процессе азотирования олово расплавляется и благодаря поверхностному натяжению удерживается на поверхности стали в виде тонкой непроницаемой для азота пленки. Продолжительность процесса зависит от толщины слоя. Чем выше температура азотирования, тем меньше его продолжительность. Однако более высокие температуры приводят к снижению твердости азотированного слоя.

Обычно процесс азотирования ведут при температурах 500 - 520°С. В этом случае получают слой толщиной до 0,5 мм за 24 - 90ч.

Для ускорения процесса азотирования применяют двухступенчатый цикл. Вначале азотирование ведут при 500 - 520°С, а затем температуру повышают до 580 - 600°С. Это ускоряет процесс в 1,5 - 2 раза при сохранении высокой твердости азотированного слоя.

В процессе азотирования изменяются размеры деталей за счет увеличения объема поверхностного слоя. Чем выше температура процесса и больше толщина азотированного слоя, тем больше изменение размеров деталей.

Для повышения коррозионной устойчивости изделий азотирование проводя при температуре 600 - 700⁰С в течение 15 мин. для мелких деталей 6 - 10 ч, для крупных деталей.

Процесс жидкостного азотирования осуществляют при температуре 570°C в расплаве цианосодержащих солей. В ходе процесса расплав непрерывно продувается сухим и чистым воздухом, что обеспечивает превращение цианида в цианат,являющийся поставщиком атомов углерода и азота.

Преимуществом жидкостного азотирования является резкое сокращение времени получения насыщенного слоя по сравнению с газовым азотированием (слой толщиной 0,10 - 0,20 мм получают за 1,5 – 3 ч.). Кроме того, отсутствие водорода в среде способствует повышению вязкости слоя.

Недостатком процесса является применение ядовитых солей.

Широкое применение получает ионное азотирование. По сравнению о газовым азотированием оно имеет ряд преимуществ: меньшую продолжительность процесса, более высокое качество азотированного слоя, пониженную хрупкость слоя.

Диффузионная металлизация.

Диффузионная металлизация - это процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали различными металлами. Она может осуществляться в твердых, жидких и газообразных средах.

При диффузионной металлизации в твердых средах применяют порошкообразные смеси, состоящие обычно из ферросплавов с добавлением хлористого аммония в количестве 0,5 - 5%.

Жидкая диффузионная металлизация осуществляется погружением детали в расплавленный металл (например, цинк, алюминий).

При газовом способе насыщения применяют летучие хлористые соединения металлов (AlCl₃,, CrCL₂, SiCl₄, т.д.) образующиеся при взаимодействии хлора с металлами при высоких температурах.

Хлориды диссоциируют на поверхности железа и, выделяющийся в атомарном состоянии металл диффундирует в железо.

Диффузия металлов в железе идет значительно медленнее, чем углерода и азота, потому что углерод и азот образуют с железом твердые растворы внедрения, а металлы - твердые растворы замещения. Это приводит к тому, что диффузионные слои при металлизации получаются в десятки раз более тонкими.

Поверхностное насыщение стали металлами проводится при температурах 900 - 1200°С.

Алитированием называется процесс насыщения поверхности стали алюминием. В результате алитирования сталь приобретает высшую окалиностойкость (до 850 - 900°С) и коррозионную стойкость в атмосфере и в ряде сред.

Алитирование выполняют в порошкообразных смесях или в ваннах с расплавленным алюминием.

Алитирование в расплавленном алюминии отличается от алитирования в порошкообразных смесях простотой метода, быстротой и более низкими температурами.

Основной недостаток процесса - налипание алюминия на поверхность деталей.

Иногда применяют металлизацию поверхности стали алюминием (напыление слоя алюминия на обрабатываемую поверхность) с последующим диффузионным отжигом при температуре 900 - 1000°С в течение 1 – 3 ч.

Алитирование стали металлизацией с последующим диффузионным отжигом в несколько раз дешевле, чем в порошках.

Алитирование подвергают трубы, инструмент для литья цветных сплавов, чехлы термопар, детали газогенераторных машин и т.д.

Контрольные вопросы:

1. Каково назначение цианирования и нитроцементации?

2. Для чего детали подвергают азотированию, и как осуществляется процесс?

3. Сущность процесса диффузионной металлизации.

Поиск по сайту: