Азотування і нітроцементація сталі

Азотуваннямназивають дифузійне насичення азотом по­верхневого шару сталевих деталей. Мета азотування — істотно підвищити твердість, зносостійкість, границю витривалості й корозійну тривкість.

Деталі азотують після повної механічної й термічної обро­бок в атмосфері аміаку, який подається з балонів у герметичні реторти, де укладені деталі. Реторти нагрівають у печах переважно до температури 500...600 °С протягом 24...60 год і довше. В результаті поверхневий шар насичується азотом на глибину 0,3...0,6 мм. Переходити до вищих температур не завжди доцільно , бо коагулюють нітриди, що знижує твердість азотованого шару . Аміак під дією нагрівання розкладається на поверхні деталей на атомарний Нітроґен і Гідроґен .

Азатований шар, сформований під час насичення, не вимагає додаткової термічної обробки як у випадку цементації. Гли­бина азатованого шару залежить від температури й тривалості процесу, а також від хімічного складу сталі. Зі збільшенням температури й тривалості азотування глибина азатованого шару зростє . Зважаючи на порівняно низьку температуру процесу, швидкість азотування на порядок менша за швидкість цементації.

Щоб підвищити поверхневу твердість й зносостійкість, процесу проводять одноступінчасто при температурі 500...520 °С, а пришвидшення процесу інколи вдаються до двоступінчастого азотування — спочатку при температурі 500...520 °С, а згодом і при 560...600 °С, що скорочує тривалість процесу без помітного зменшення твердості.

Осердя азотованих деталей повинно мати підвищену міцність і пластичність, з огляду на що їх попередньо гартують і відпускають при температурі 600...675 °С, вищій за температу­ру азотування. Тому структура сорбіту, що утворилась в проце­сі термообробки, не змінюється під час азотування. Заготовки зі структурою сорбіту можна обробляти лезовим інструментом і наприкінці шліфувати.

Щоб підвищити корозійну тривкість, леговані та вуглецеві сталі азотують при температурі 650... 700 °С. Висока температура дає змогу скоротити процес до декількох годин. Тут не потрібна вели­ка глибина азотування, а твердість не має істотного значення.

Переваги азотування порівняно з цементацією:

— вища твердість і зносостійкість поверхневого шару;

— перелічені властивості зберігаються до температур 450...500 °С проти 200...225 °С у випадку цементації.

Недоліки:

— значна тривалість процесу;

— висока вартість застосовуваних для азотування легова­них сталей

Нітроцементація — насичення їх в газовому середовищі. Мета нітроцементації — підвищення твердості, зносостійкості та втомної міцності деталей.

Одночасне насичення вуглецем і азотом відбувається швид­ше, ніж послідовне насичення кожним з цих елементів окремо. Співвідношення вуглецю й азоту в насичуваному шарі регулю­ють, змінюючи склад середовища й температуру процесу. Що нижча температура, то більше насичення поверхневого шару азотом і менше вуглецем.

Нітроцементацію здійснюють у суміші газу, яким навуглецьовують, й аміаку при температурі 850...870 °С протягом 2...10 год. ї широко застосовують в автомобільній промисловості для по­верхневого зміцнення зубчастих коліс і валів, виготовлених із хромистих і хромомарганцевих сталей. Після насичення деталі гартують і піддають низькотемпературному відпуску. Коли ба­гато залишкового аустеніту, деталі після гартування обробля­ють холодом. Порівняно з ціануванням нітроцементація дешев­ша й безпечніша.