Азотирование стали

Азотирование стали — насыщение поверхности стальных деталей азотом для повышения твердости, износоустойчивости и коррозионной стойкости. Так же при качественном процессе ионно-плазменного азотирования шлифованные поверхности приобретают лучшие триботехнические свойства — то есть уменьшается коэффициент трения.

Общие сведения

При азотировании образуются ионы азота, которые поглощаются поверхностью стальных деталей с образованием твердого раствора азота в матрице металла, нитридов железа и нитридов легирующих элементов

Различается низкотемпературное (500—590 °C) азотирование, при котором железо остаётся в α-фазе, и высокотемпературное (выше 590 °C) азотирование, приводящее к эвтектоидному превращению γ ↔ α + γ' в системе «железо-азот». Для сталей, как правило, используется низкотемпературное азотирование в диапазоне температур 500—540 °C. Высокотемпературное азотирование используется для упрочнения поверхности жаропрочных сталей и для повышения коррозионной стойкости обычных сталей.

Основные типы азотирования

Газовое азотирование

Исторически возникшая первой технология. Создана в России в начале XX века Н. П. Чижевским.

Деталь размещается в печи, объём которой наполняется газообразным аммиаком, либо смесью аммиака с азотом или углеродсодержащими газами. При нагреве аммиак разлагается с выделением атомарного азота, который при высокой температуре путём диффузии проникает в поверхностный слой стали и соединяясь с атомами железа образует корку твёрдых нитридов.

Ионно-плазменное азотирование

Исторически более поздняя технология. Внедрялась в промышленность с 1990-х годов.

Деталь размещается в камере, в которой создается технический вакуум, а затем в объем камеры вводятся нужные газы: азот, аргон, водород и другие. Далее в камере вакуумного реактора путем подачи высокого электрического напряжения создается коронный тлеющий разряд. Катодом служит сама обрабатываемая деталь. Именно сила электрического разряда приводит к усиленной диффузии атомов азота в поверхность обрабатываемой детали. Процесс идет заметно быстрее, чем при газовом азотировании и при пониженных температурах: примерно 500—550 °C.

Сравнение технологий азотирования

В последние два десятилетия количество установок ионно-плазменного азотирования заметно увеличивается. Это обусловлено тем, что в них не применяется аммиак и процесс азотирования идет при сниженных температурах. Понижение температуры процесса позволяет избежать появления в детали температурных напряжений с дальнейшим изменением геометрии деталей. Это дает возможность азотировать детали, которые механически уже обработаны в размер, без дальнейшей финишной обработки. Также отсутствие в установке ядовитого, дающего толчок к активной коррозии элементов самой установки и пожароопасного аммиака позволяет упростить и удешевить процесс азотирования деталей.

Азотирование стальной детали -виден коронный разряд

Литература

• Лобанов Михаил Львович, Юровских Артём Сергеевич, Кардонина Наталья Игоревна, Россина Наталья Георгиевна. 2.4.3. Азотирование // Защитные покрытия / науч. ред. Эйсмондт Юрий Георгиевич. — Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2014. — С. 49—58. — 200 с. — ISBN 978-5-7996-1101-9.
• Лахтин Ю. М., Коган Я. Д. Азотирование стали. Машиностроение, 1976 г.
• Фетисов Г. П. Материаловедение и технология металлов, 2001
• Туманов А. Т. Конструкционные материалы Энциклопедия, 1965
• Лахтин Ю. М. Материаловедение Учебник для высших технических учебных заведений, 1990
• Иванова В. П., Аникина А. Д., Брюховец Д. Ф. Основные сведения об изготовлении машин, 1966
• И. М. Пастух Теория и практика безводородного азотирования в тлеющем разряде, Харьков 2006
• Лахтин Ю. М. Диффузионные основы процесса азотирования // МиТОМ. 1995. № 7. С.14-17.
• Беллер 3., Лерхс В., Шпис X., Зимдарс Н., Берг X. Регулируемый процесс азотирования // МиТОМ. 1987. № 1. С. 38-41.
• Б. В. Захаров. В. Н. Берсенева «Прогрессивные технологические процессы и оборудование при термической обработке металлов» М. «Высшая школа» 1988 г.
• Ионное азотирование сталей в тлеющем разряде низкого давления [Текст] : [монография] / К. Н. Рамазанов, Р. Д. Агзамов, В. В. Будилов и др. — Москва : Инновационное машиностроение, 2016. — 334 с.