Азотування і нітроцементація сталі

Азотуванням називають 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.