Азотування легованої сталі, Матеріалознавство
Зміцнююча дія азотування в легованих сталях обумовлена утворенням у поверхневому шарі дисперсних нітридів і карбонітрпідів, а також виникненням значних стискаючих напруг. Легуючі елементи та вуглець зменшують глибину шару та підвищують твердість азотованого (рис. 21.4). Азотування легованих сталей проводиться при температурі нижче 580 ° С. Найбільш дисперсні нітриди виникають при азотуванні сталі, що містить алюміній. Тому твердість шару також виявляється найвищою. Азотуванню піддаються найрізноманітніші сталі і сплави: конструкційні поліпшуються, нержавіючі, аустеніпі, інструментальні і останнім часом чавуни і титан. Найбільш широко використовується для азотування сталь 38ХМЮА. При загартуванні в маслі сталь прожарюється на глибину 30 мм.
Мал. 21.4. Криві залежно від вмісту легуючих елементів (температура азотування 550°, т = 24 год): а - глибини шару; 6 – твердості
Внаслідок наявності у ній молібдену вона не схильна до відпускної крихкості після повільного охолодження. Недолік цієї сталі - підвищена забрудненість неметалевими включеннями, низька прожарювання великих виробів. Натомість її розробляють нові марки сталі. У ряді галузей промисловості для підвищення межі втоми відповідальних деталей широко застосовується азотування поліпшуваних конструкційних сталей марок 18Х2Н4ВА, 30Х2НВФА, 40ХНМА, 38ХА та ін. Після азотування твердість їх нижча, ніж стали 38ХМЮА (рис. 21.5. Ефективне застосування азотування для підвищення зносостійкості аустенітних жароміцних та нержавіючих сталей. Ці сталі мають високі жароміцність, жаростійкість, корозійну стійкість, невисокі твердість ізносостійкість. Азотування надає сталі поверхневу твердість і високу зносостійкість, значно підвищуючи довговічність та надійність виробів. Широко застосовується азотування інструментальних сталей. В останні роки впроваджується в промисловість азотування чавуну з кулястим графітом та титаном.
Устаткування для азотування
Азотування ведеться у спеціальних печах періодичної дії, у робочий простір яких подається аміак. Охолоджуються вироби після азотування з піччю. Швидкість азотування тим більше, що стоїть температура азотування, а твердість з підвищенням температури азотування знижується (рис. 21.6 і рис. 21.7). Підвищення швидкості азотування є наслідком збільшення коефіцієнта дифузії, зниження твердості - наслідком коагуляції нітридів. У разі підвищення температури азотування збільшується деформація виробів, що небажаним.
Ефективним способом поверхневого зміцнення нелегованих конструкційних сталей є рідинне (м'яке) азотування в ціанід-ціанатних ваннах при температурі 570 ° С протягом 1 - 6 год з продуванням повітря. Для низьковуглецевих сталей 20, 20Х, 20ХН оптимальний режим ціанування 570° З 1 - 1,5 год, для поліпшуваних 570° З 2 - 2,5 год.
Недоліки методу
Недолік - висока токсичність використовуваних солей. Для зниження токсичності застосовують короткочасне азотування сталей у газовому середовищі при температурі 550 - 580° З подальшою термічною обробкою (загартуванням і відпусткою азотованого фериту) дифузійної зони. Незалежно від технології ведення процесу азот перебуває у стані пересиченого твердого розчину в решітці a-заліза. Зафіксований загартуванням з температури насичення азот надає дифузійній зоні високу міцність і дозволяєсуттєво підвищити втомну міцність виробів. Пересичений твердий розчин азоту в a-залізі нестійкий і схильний до дисперсійного твердіння, що дозволяє регулювати властивості шару. При азотуванні на поверхні сталі формується шар, що складається з поверхневої нітридної зони та глибокого дифузійного підшару.
Азотування ведеться при температурі 560 - 580 ° С в атмосфері частково дисоційованого аміаку зі ступенем дисоціації 30 - 40%.