3. Азотування

Це процес дифузійного насичення поверхневого шару деталей, виготовлених з легованих середньовуглецевиж сталей азотом. До групи азотуємих відносять леговані сталі, з легуючими елементами яких азот утворює нітриди (типу Сr₂М; АlN; Мо₂N) більш тверді, ніж нітриди заліза. Такі сталі ще називають нітралоями. Найбільш (ефективним виявляється азотування для сталей 38Х2МЮА; 35ХМА; 38Х2Ю; 3Х2В8. Азотуванню піддають гільзи циліндрів ДВЗ, деталі турбін, інструмент, колінчасті вали.

Метою азотуваня є досягнення високої твердості, зносостійкості, втомленої міцності і корозійної стійкості поверхневого шару деталей. Досягається це за рахунок високої твердості нітрідів легуючих елементів, які утворюються в процесі азотування.

Технологія проведення азотування полягає в довготривалій витримці (до 60 годин) деталей в атмосфері аміаку при температурі 500 - 600°С (низькотемпературне азотування). Глибина азотованого шару 0,3...0,6 мм. Сталі феритного і аустенітного класів і тугоплавкі метали (Мо, Ті і ін.) підлягають високотемпературному азотуванню при Т=600...1200°С. Дисоціація аміаку при високій температурі відбувається по реакції:

.

Азот, що виділяється, адсорбується поверхнею металевих деталей і дифундує в його кристалічну решітку, утворюючи азотисті фази (Fе₄N ; Fе₂N і т.п.).

Для підвищення якості азотованого шару і скорочення часу процесу в 2-3 рази в останні роки застосовують іонне азотування. Для цього в спеціальних контейнерах під дією різниці потенціалів і підвищеному тиску проводиться бомбардування поверхні деталі позитивними іонами газу, які насичують поверхню деталі, а потім дифундують в глибину.

Після азотування твердість поверхневого шару вище ніж після цементації і досягає HRC 70 МПа, (НV12000) зберігаючи свою твердість до температур 400...600°С. Товщина азотованого шару невелика і сягає 0,25...0,75 мм в залежності від тривалості процесу.

Азотуванню піддають готові вироби, які пройшли механічну і завершувальну термічну обробку (гартування і високий відпуск з Т=600...675°С).

Після такої термообробки метал отримує структуру сорбіту, яка має високу твердість і в'язкість. Ця структура зберігається в серцевині деталі і після азотування. Висока міцність металічної основи сприяє тому, що тонкий і крихкий шар азотованої поверхні не продавлюється при роботі. Висока твердість після азотування досягається зразу і деталь не потребує подальшої термообробки. Це є важливою перевагою цього процесу. Азотовані поверхні мають високу корозійну стійкість.

Використовують також рідинне азотування (теніфер-процес) в розплавах ціаністих солей при Т=570°С. На протязі 0,5...3 годин досягається глибина шару 150...500 мкм. При твердості від HRC 30 до HRC 68 (НV 6000....-11000). При рідинному азотуванні підвищується зносостійкість поверхні і межа витривалості. Недоліком рідинного азотування є його висока вартість і токсичність процесу. Тому його більше застосовують в серійному виробництві.

Оскільки для азотування застосовують дорогі леговані сталі, то і використовують цей вид обробки для більш відповідальних деталей з високими вимогами до якості поверхні.