Химизм процессов азотирования

2NH₃ ® ЗН₂ + 2N_атом;

N_атом® Fe_a ® Fe_a(N) ® g ' (Fe₄N) ® e(Fe_2-3N)

• В зависимости от условий работы деталей различают две разновидности процесса: для повышения поверхностной твердости и износостойкости («твердостное») и для улучшения коррозионной стойкости (антикоррозионное).

• Продолжительность процесса зависит от требуемой толщи-ны азотированного слоя. Чем выше температура насыще-ния, тем ниже твердость и больше глубина азотированного пласта. Снижение твердости насыщаемого слоя связано с коагуляцией частиц нитридов легирующих элементов.

• В первом случае детали насыщают азотом при 500 – 520 °С, процесс продолжается от 24 до 90 ч (скорость составля-ет около 0, 01 мм/ч). Содержание азота в поверхностном слое достигает 10 – 12 %, толщина пласта - порядка 0, 3 - 0, 6 мм, твердость доходит до 1000 - 1200 единиц. Для ускоре-ния процесса его проводят двухступенчато: вначале при 500 – 520 °С, а затем при 560 – 600 °С. Последующее ох-лаждение осуществляют вместе с печью в потоке аммиака.

• Во втором случае азотирование проводят при 650 – 700 °С. Скорость диффузии увеличивается, продолжительность процесса сокращается до нескольких часов. На поверхности изделий образуется слой толщиной 0, 01 - 0, 03 мм, который обладает высокой коррозионной стойкостью. Для сокраще-ния длительности процесса применяют азотирование в плазме тлеющего разряда.

• Азотированный слой на железе состоит из нитридной зоны, представляющей собой смесь твердых растворов на основе нитридов железа Fe_2-3N (e, 8, 0 - 11, 2 % N₂) и Fe₄N (g’, 5, 60 - 5, 95 % N₂), и подслоя азотистого феррита (a), в котором при охлаждении выделяется нитрид железа Fe₄N. При азотировании выше 600 °С между нитридным слоем и a-фазой образуется пласт азотистого аустенита (g).

• В процессе насыщения азотом немного изменяются размеры изделия из-за увеличения объема поверхностного слоя. Деформация возрастает при повышении температуры азотирования и увеличении трещины пласта.

• В последние годы получило распространение азотирование при 570 °С в атмосфере, содержащей 50 % объемн. эндогаза и 50 % NH₃ или 50 % СН₄ н 50 % NH₃, а также в расплавленных солях (55 % NH₂CO + 45 % Na₂CO₃), через которые пропускается сухой воздух (соли расплавляют в титановых тиглях). В результате такой обработки на поверхности образуется тонкий слой карбонитрида Fe_2-3 (N, С), обладающий высокой твердостью (HV 600 - 1200) и износостойкостью. Такая обработка повышает предел выносливости.

• Азотирование – завершающая операция при изготовлении деталей. Они подвергаются ей после окончательной механической и термической обработок – закалки с высоким отпуском. После этого в изделиях формируется структура сорбита, которая сохранится в его сердцевине и после насыщения и обеспечит ему повышенную прочность и вязкость. Такие детали имеют серый цвет.

• Сравнивая цементацию и азотирование, можно отметить следующее: продолжительность первого вида обработки меньше; упрочненный слой получается более глубоким и допускает большие удельные давления при эксплуатации; твердость науглероженного слоя в 1, 5 - 2, 0 раза меньше и сохраняется при нагреве только до 180 – 125 °С, в то время как азотированный удерживает твердость до 600 – 650 °С.